Forscher weben Sensoren zur Überwachung von Vitalparametern in Kleidung

Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben eine Technik entwickelt, um Sensoren in dehnbare Kleidungsstoffe einzubetten und so den Weg zu ebnen, Vitalparameter wie Temperatur, Atmung und Herzfrequenz im Alltag zu überwachen. Darüber hinaus sind diese figurbetonten und mit Sensoren ausgestatteten Kleidungsstücke maschinenwaschbar.

Forscher sagten, dass die Kleidungsstücke verwendet werden könnten, um den Gesundheitszustand eines Patienten aus der Ferne zu verfolgen, von Kranken zu Hause oder in einem Krankenhaus bis hin zur Überwachung der körperlichen Aktivität eines Sportlers. Es kann auch für die Telemedizin nützlich sein, die jetzt während der COVID-19-Pandemie für Ärzte, die zunehmend aus der Ferne mit Patienten in Kontakt treten, besonders nützlich ist.

„Wir können alle im Handel erhältlichen elektronischen Teile oder maßgeschneiderte, im Labor hergestellte Elektronik in die Textilien einbetten, die wir jeden Tag tragen, um anschmiegsame Kleidungsstücke zu schaffen“, sagte Canan Dagdeviren, Assistenzprofessor für Media Arts and Sciences bei LG Electronics am MIT, in ein Statement. „Diese sind anpassbar, sodass wir Kleidungsstücke für jeden herstellen können, der einige physikalische Daten von seinem Körper wie Temperatur, Atemfrequenz usw. benötigt.“

Die Kleidungsstücke arbeiten durch Kompression, wobei die Sensoren die Haut berühren. Die Sensoren sind aus dem dehnbaren Material abnehmbar und die Kleidung kann mit den darin eingebetteten Sensoren gewaschen werden.

Laut dem im wissenschaftlichen Journal Nature veröffentlichten Papier der Forscher kann diese Textilplattform in einer Vielzahl von Formen, Größen und Funktionen mit Standard-Textilherstellungs- und Musterungstechniken mit hohem Durchsatz angepasst werden. Ähnlich einem Kompressionsshirt ermöglicht der dehnbare Electronic Textil Conformable Suit (E-TeCS), wie er von Forschern genannt wird, den Kontakt zwischen Elektronik und Haut mit einem Druck von etwa 25 mmHg. Die Forscher sagten, dass dies physischen Komfort und eine verbesserte Präzision der Sensormesswerte auf der Haut ermöglicht.

Der Anzug (Kleidungsstück) ist aus einem maßgeschneiderten Stoff gefertigt, der mit einer Vielzahl von Sensoren und Verbindungen als flexible, dehnbare elektronische Streifen integriert werden kann. Die textile Plattform besteht aus Kanälen oder Taschen zum Weben dieser elektronischen Streifen.

Die Sensor-ICs und Verbindungen werden mit zweischichtigen industriellen flexiblen Leiterplatten (PCB)-Prozessen entwickelt, mit zusätzlichen Schritten für die Chip- und passiven Komponentenmontage und Verkapselung mit thermoplastischem Polyurethan (TPU) (TE-11C, Dupont) und a waschbare Vergussmasse (PE773, Dupont).

Das E-TeCS kann die Hauttemperatur mit einer Genauigkeit von 0,1°C und einer Genauigkeit von 0,01°C sowie Herzfrequenz und Atmung mit einer Genauigkeit von 0,0012 m/s ² . erfassen , dank mechano-akustischer Trägheitssensorik.

Die Forscher fanden auch heraus, dass die gestrickte Textilelektronik bei 1.000 Dehnungszyklen um bis zu 30 % gedehnt werden kann, ohne dass die mechanische und elektrische Leistung signifikant beeinträchtigt wird.

Kleidung bietet eine ideale Plattform für die Integration von Elektronik, um physiologische Prozesse durch die Haut zu überwachen, sagten die Forscher. Daher können in Textilien integrierte elektronische Geräte mehrere Vorteile bieten, wie z. B. verbesserte Mobilität und Komfort für die Benutzer.

Die Forscher stellten fest, dass verschiedene Anstrengungen unternommen wurden, um Elektronik in Textilien zu integrieren; Viele von ihnen sind jedoch nicht für großflächige Sensoren skalierbar und ermöglichen keine „Dehnbarkeit für die Anwendung der Hautkontaktsensorik für elektronische Anzüge“ und die meisten messen nur einen einzelnen Parameter an einer bestimmten Kontaktstelle.

Die Forscher des MIT haben eine Technik entwickelt, die dünne, anpassbare und anpassungsfähige elektronische Geräte, einschließlich Verbindungsleitungen und handelsübliche ICs, mit Kunststoffsubstraten kombiniert, die mit einem Hochdurchsatz-Fertigungsansatz zu gestrickten Textilien gewebt werden können. Wie ein Kompressionskleidungsstück stellt es den Kontakt zwischen der Elektronik und der Haut her.

Um die Herstellbarkeit zu demonstrieren, konstruierten und fertigten die Forscher sieben verschiedene Module:vier Temperatursensormodule, ein Trägheitssensormodul und zwei Verbindungsmodule. Sie passen 66 Temperatursensoren und 20 Verbindungsstreifen auf einer 25 × 27,5-cm flexiblen Platine (FPCB, KingCredie).

In Bezug auf die in die Fabric eingebettete Sensornetzwerkarchitektur kann jeder Sensor mit den Interconnects horizontal miteinander verbunden werden, wobei das Signal von der externen Schicht gesammelt wird, die aus einem Bluetooth Low Energy (BLE)-Modul, einem Mikroprozessor, und eine Stromquelle.

Das Team entwickelte ein Prototyp-Shirt, um die Skalierbarkeit des sensorintegrierten Gewebes zu demonstrieren. Es zeigt die Möglichkeit der Rolle-zu-Rolle-Fertigung von Geweben mit eingebettetem Sensor, die in jede beliebige Größe geschnitten, verbunden und für eine Vielzahl von Bedürfnissen und Anwendungen zugeschnitten werden können, so die Forscher.

Das Team plant, andere Arten von Kleidungsstücken wie Hosen zu entwickeln und zusätzliche Sensoren zur Überwachung anderer Gesundheitsindikatoren wie des Blutsauerstoffspiegels einzubauen.

Weitere Informationen zu Forschung und Technologie finden Sie unten im Video der Forscher.

>> Eine frühere Version dieses Artikels wurde ursprünglich auf unserer Schwesterseite Electronic Products veröffentlicht.