Intelligente Textilien: T-Shirt misst Atmung über Schallwellen
Mit Schallwellen, die sich durch in T-Shirts eingewebte Glasfasern bewegen, messen Forscher Bewegungen des Trägers. Das ermöglicht eine Vielzahl an Anwendungen.
(Bild: Yingqiang Wang / ETH Zurich)
Ein Forschungsteam der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) hat einen gängigen Textilstoff mittels eingewebter Glasfasern so verändert, dass er als T-Shirt über Schallwellenveränderungen Bewegungen des Trägers feststellen kann. Die SonoTextiles können außerdem auf Druck und Berührung reagieren. Die Wissenschaftler nutzen diese Eigenschaft, um etwa die Atmung zu messen.
Die meisten intelligenten Textilien benötigen einige Elektronik, um etwa Biodaten mit Sensoren erfassen zu können. Das System der Forscher der ETH Zürich dagegen kommt mit weniger aus. Entsprechend ist das Textil leicht, atmungsaktiv, einfach waschbar, kostengünstig und benötigt nur wenig Energie, schreiben die ETH-Wissenschaftler in der Studie "A smart acoustic textile for health monitoring", die in Nature Electronics veröffentlicht ist.
Die Sensorik besteht im Wesentlichen aus Glasfasern, die in regelmäßigem Abstand in das Textil eingewebt sind. An den jeweiligen Enden sitzt ein Sender von Schallwellen sowie ein Empfänger. Die Sender arbeiten mit unterschiedlichen Frequenzen, die vom Empfänger überwacht werden und Änderungen feststellen. Diese Methode erleichtert es, festzustellen, auf welchen Fasern sich die Schallwellen verändert haben. Außerdem wird dadurch nur wenig Rechenleistung benötigt.
"Wir haben Frequenzen im Ultraschallbereich verwendet, etwa 100 Kilohertz – weit jenseits des menschlichen Hörbereichs, der zwischen 20 Hertz und 20 Kilohertz liegt", erläutert Yingqiang Wan, Erstautor der Studie.
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Sobald sich eine Glasfaser bewegt, ändert sich die akustische Wellenlänge, denn sie verliert dadurch Energie. Ist das System etwa in ein T-Shirt eingewebt, können Körperbewegungen, wie etwa das Heben und Senken des Brustkorbs, erfasst und damit auch die Atmung gemessen werden.
Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten
Das intelligente T-Shirt kann so etwa zur Überwachung der Atmung von Asthmapatienten verwendet werden. Ändert sich die Atemfrequenz, könnte das auf ein Problem hindeuten und ein Notfallalarm ausgelöst werden. Auch die Überwachung von Bewegungen von Sportlern sei möglich, schreiben die Forscher. So könne etwa Verletzungen vorgebeugt werden. SonoTextiles könnten ebenfalls dazu verwendet werden, die eigene Körperhaltung zu verbessern, indem das System Rückmeldung gibt, wann eine Fehlhaltung korrigiert werden sollte. Zudem könnten auch Rollstuhlfahrer darauf hingewiesen werden, wann sie ihre Position ändern sollten, um Druckgeschwüre zu vermeiden.
Die Wissenschaftler der ETH Zürich haben aber auch noch ein weiteres Anwendungsfeld ihres intelligenten Textils ausgemacht: Aus SonoTextiles könnten auch Handschuhe hergestellt werden, mit denen Handgesten und -bewegungen erfasst werden. Diese könnten Nutzerinnen und Nutzer verwenden, um etwa Rechner anzusteuern oder in Augmented-Reality-Umgebungen Handbewegungen auszuwerten.
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Ein Problem der SonoTextiles haben die Forscher allerdings noch nicht gelöst. In der praktischen Anwendung könnten die Glasfasern im täglichen Dauereinsatz brechen. Die Wissenschaftler wollen deshalb untersuchen, ob stattdessen Metall genutzt werden kann, um SonoTextiles robuster zu machen.
(olb)
