Fasern mit Sensoren und Leuchtdioden für smarte Kleidung entwickelt

12. August 2018, 15:00
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Ein neues Verfahren ermöglicht es, optoelektronische Bauteile in Form von winzigen Chips in durchsichtige Fasern zu verpacken und in Textilien einzuweben

Das smarte Leintuch, das den Zustand des Patienten im Krankenhausbett überwacht, leuchtende T-Shirts oder Solarzellen in der Kappe: Wissenschafter arbeiten intensiv an Methoden, Elektronik in Textilien zu integrieren. Zwar sind in diesem Bereich bereits einige Entwicklungen gelungen, doch die meisten smarten Textilien sind wenig robust und nur bedingt wasserfest.

Ein internationales Forscherteam hat nun ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich optoelektronische Bauteile in Form von winzigen Chips in durchsichtige Polymerfasern verpacken und in Textilien einweben lassen. Das könnte ein wichtiger Schritt in Richtung breiter Anwendungen sein.

Einfach und robust

Mit ihrer im Fachblatt "Nature" vorgestellten Methoden überwanden die Wissenschafter zwei Hürden: Zum einen ist die Elektronik der Studie zufolge gut geschützt und übersteht mehr als zehn Waschgänge in einer gewöhnlichen Waschmaschine. Zudem ist es gelungen, die Chips auf relativ einfache Weise zu verkabeln, was normalerweise sehr aufwändig und kostenintensiv ist.

Die Forscher um Yoel Fink vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) machten sich ein Standardverfahren zur Herstellung optischer Fasern zunutze. Dabei wird ein rund 2,5 Zentimeter dicker Polymerstab erhitzt und das viskose Material zu einer nur Bruchteile von Millimetern starken Faser ausgezogen.

Die Wissenschafter stellten fest, dass der Durchschnitt des Stabes dabei auf einen viel kleineren Maßstab in der Faser reduziert wird, aber im Prinzip erhalten bleibt: Drähte, die im Stab einen Millimeter auseinanderlagen, sind in der Faser nur noch rund zehn Mikrometer voneinander entfernt, aber trotzdem zuverlässig voneinander isoliert. Ein Chip – oder eine ganze Reihe von Chips – zwischen den beiden Drähten im Stab bekommt beim Ziehen der Faser Kontakt zu den Drähten und wird so verkabelt.

Integrierter Pulsmesser

Dass ihre Methode funktioniert, zeigten die Forscher, indem sie ihre Fasern in Textilien einwebten und Dioden in grün, rot und blau leuchten ließen. Außerdem demonstrierten sie, dass die optische Kommunikation zwischen zwei Textilstücken funktioniert: Lichtpulse einer Faser konnten von einer anderen empfangen werden. Drückte jemand mit einem Finger auf zwei solche Fasern, ließ sich auch der Puls der Person messen.

Eine Stärke der Studie sei, dass bereits kommerziell erhältliche optoelektronische Bauteile verwendet wurden, erklärte Walter Margulis vom Royal Institute of Technology in Stockholm in einem Begleitartikel. Das Verfahren müsse aber noch verbessert werden, besonders weil das Platzieren der Chips im Polymerstab noch händisch erfolgt. Anwendungen könne man sich aber bereits vorstellen, beispielsweise im Krankenhaus, um über ein smartes Leintuch den Zustand von Patienten zu überwachen. (red, APA, 12.8.2018)

  • Leuchtdioden in Polymerfasern lassen sich problemlos in  Textilien einweben.
    foto: greg hren

    Leuchtdioden in Polymerfasern lassen sich problemlos in Textilien einweben.

  • Sie überstehen auch mehrere Waschgänge.
    foto: greg hren

    Sie überstehen auch mehrere Waschgänge.

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