Mit Funktionsfasern wird aus einem Hemd ein wertvolles Mikrofon

Ein Stoff verhält sich wie eine Flüssigkeit, sagt Professor Yoel Fink vom Massachusetts Institute of Technology, was vielleicht erklärt, warum Designer oft sogar vom „Fließen“ eines Kleidungsstücks sprechen.

„Die Stoffe, die wir tragen, haben kleine Wellen“, sagte Fink, Professor für Materialwissenschaften am MIT. „Wir sehen sie nicht, weil sie einfach zu klein sind.“

Fink und ein Team von mehreren Universitäten, einschließlich der Rhode Island School of Design, haben ein Material entwickelt, das diese winzigen Wellen einfängt.

Die funktionale, piezoelektrische Faser erzeugt nach dem Biegen eine Spannung, die eine Signalverarbeitung und die Ausgabe wertvoller Daten ermöglicht. Informationen aus dem Sensormaterial könnten eines Tages tragbare Hörgeräte, Kleidung, die kommuniziert, und Kleidungsstücke, die Vitalfunktionen verfolgen, unterstützen.

„Mit ein paar funktionellen Fasern erhält ein ganzer Stoff eine neue Bedeutung“, sagte Fink gegenüber Tech Briefs.

Wie man ein stoffbasiertes Mikrofon herstellt

Das Material beginnt als vorgeformter rechteckiger „Block“ – etwa so groß wie ein dicker Marker. Sobald Sie den Vorformling erhitzt haben, können Sie ihn wie Toffee in lange Streifen ziehen.

Fink und eine Gruppe von Forschern testeten die Schallempfindlichkeit der Faser, indem sie den Sensor an einer aufgehängten Mylarfolie befestigten. Mit Lasern maßen die Ingenieure die Schwingung des Blechs – und damit auch der Faser – als Reaktion auf Töne, die über einen Lautsprecher in der Nähe abgespielt wurden.

Die Testgeräusche umfassten eine Reihe von Umgebungen, von ruhigen Bibliotheken bis hin zu lauten Straßen. Die Faser vibrierte und erzeugte einen elektrischen Strom proportional zum gespielten Ton.

Als nächstes verwebte das Team die Faser mit herkömmlichen Garnen, um Bahnen aus drapierbarem, maschinenwaschbarem Stoff herzustellen.

„Es fühlt sich fast wie eine leichte Jacke an – leichter als Denim, aber schwerer als ein Hemd“, sagte die Forscherin Elizabeth Meiklejohn von der Rhode Island School of Design (RISD) , der den Stoff mit einem Standardwebstuhl gewebt hat.

Meiklejohn arbeitete mit einem Team zusammen, zu dem der Hauptautor Wei Yan gehörte, der als MIT-Postdoc an der Entwicklung der Faser mitgewirkt hatte, Prof. Fink und eine Reihe weiterer Studenten und Forscher des MIT, der Case Western Reserve University, der University of Wisconsin in Madison und der Forschungsinstitut für Umweltmedizin der US-Armee.

„Das Engagement unserer Studenten, Postdocs und Mitarbeiter für die Weiterentwicklung der Forschung, das mich immer erstaunt hat, ist für diese Arbeit, die während der Pandemie durchgeführt wurde, besonders relevant“, sagte Fink.

In einem kurzen Q&A unten erklärt Fink, warum er glaubt, dass die Zukunft in Stoffen liegt und die Tage der „Computer in einer Glasbox“ gezählt sind.

Technische Informationen :Meiner Meinung nach hat sich schicke Kleidung nicht unbedingt durchgesetzt, also warum ist das Ihrer Meinung nach so?

Prof. Yoel Fink: Ich glaube nicht, dass es noch existiert, weshalb es sich nicht durchgesetzt hat!

Die Leute bezeichnen diesen Bereich als Wearables, und ich möchte nur darauf hinweisen, dass Wearables ein Wort für Dinge ist, die wir nicht tragen. Die Technologie, das Engineering und sogar die Wissenschaft, wie man Stoffe – echte Stoffe und Fasern – dazu bringt, besondere Dinge zu tun, entsteht erst jetzt. Diese Zukunft findet jetzt statt.

Die Idee, Uhren oder Schmuck und all das Zeug anzuziehen, ist meines Erachtens auf Akzeptanzhürden gestoßen, die den Horizont der sogenannten Wearables einschränken.

Technische Informationen :Also, was sind Ihrer Meinung nach die Mängel dieser Wearables?

Prof. Yoel Fink: Nummer eins hat mit Bequemlichkeit zu tun. Ich denke, wir ziehen es vor, mit so wenig Zeug wie möglich herumzulaufen. Nummer zwei hat mit Ästhetik zu tun. Sie sind nicht sehr ästhetisch. Nummer drei betrifft das Wertversprechen. Sie sind zum Beispiel nicht wirklich in der Lage, die gesundheitlichen Vorteile zu liefern, von denen wir glauben, dass sie letztendlich Stoffe sein werden. In diesen drei Punkten gibt es Raum für Verbesserungen.

Technische Informationen :Wie fühlt es sich an, Ihre Funktionsfasern zu tragen?

Prof. Yoel Fink: Der Schlüssel ist, den Stoff selbst so wenig wie möglich zu beeinträchtigen – damit er wie ein normaler Stoff aussieht und sich anfühlt. Insofern ist die Technologie im Wesentlichen nicht wahrnehmbar oder transparent. Sie könnten also nicht auf dieses Hemd schauen und sagen:„Okay, dieses Hemd ist ein Mikrofon, oder dieses Hemd hat ein Gedächtnis, oder dieses Hemd kann Berechnungen durchführen“, denn die Technologie ist wirklich auf Faserebene.

Ich denke, es ist wichtig zu erkennen, dass wir hier unter anderem die Ästhetik der Technologie verändern. Sie würden nie hereinkommen und sagen:„Oh, das Mikrofon ist dieses Objekt der Schönheit.“ Es gibt keine Museen, die Mikrofone beherbergen, oder? Das sind ziemlich unattraktive Objekte, aber wenn ich Ihnen ein Stoffmikrofon zeigen würde, würden Sie sagen:„Oh mein Gott, das könnte wirklich ästhetisch sein.“ Es sieht nicht nach Technologie aus, ist es aber tatsächlich.

Technische Informationen :Wie zeigen Sie also den „Bericht“ der Faser auf eine Weise an, die für den Träger hilfreich ist?

Prof. Yoel Fink: Wo wir jetzt sind:Wir verbinden diese Faser mit einem Stromkreis. Die Schaltung erfasst die Informationen und wandelt sie in ein digitales Format um und ermöglicht die Signalverarbeitung. Vor einem Jahr haben wir ein Papier veröffentlicht, in dem es um eine digitale Glasfaser ging . Diese Faser könnte analoge Signale aufnehmen und sie im Grunde umwandeln, damit Sie digitale Informationen speichern können. es hat einen Speicher und ein Computerprogramm. Also, jetzt nehmen Sie eine Faser, die etwas messen könnte, und Sie haben eine andere Faser, die es speichern und analysieren könnte. Man fügt diese Dinge zusammen und beginnt zu sehen, wie aus einem Stoff ein Computer wird. Und das streben wir an. Wir sind jetzt noch nicht ganz da, aber wir sind nicht zu weit weg.

Technische Informationen :Welche Arten von frühen Anwendungen stellen Sie sich für ein Stoffmikrofon vor?

Prof. Yoel Fink: Unsere Fasern oder Stoffe fangen in gewisser Weise den Soundtrack unseres Lebens ein. Jedes Mal, wenn Ihr Herz schlägt, jedes Mal, wenn Sie einatmen, jedes Mal, wenn Sie Ihren Arm beugen, jedes Mal, wenn Sie gehen, jedes Mal, wenn sich ein Gelenk bewegt, jedes Mal, wenn Blut fließt, gibt es Geräusche. Die Stoffe fangen all das ein. All diese Geräusche gelangen in einen Stoff und gehen tagsüber verloren.

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Ein „intelligentes“ Hemd überwacht das Herz

Wir versuchen hier also zu sagen:„Können wir uns diesen Soundtrack unseres Lebens zugänglich machen?“ Wir können auf unser Herz hören. Dies hört nicht auf das elektrische Signal des Herzens. Das ist das Hören auf das Herz selbst. Das Herz ist eine Pumpe, und wir hören auf die Ventile und den Betrieb dieser Pumpe. Elektrische Signale erzählen nicht die ganze Geschichte.

Ein zweites Stück:Jetzt gibt es einen Teil der Bevölkerung, der Herzprobleme hat. Es gibt einen viel größeren Teil der Bevölkerung, der irgendwann in seinem Leben schwanger wird. Und eines der Dinge, über die wir sprechen, ist, wie man das Ungeborene überwacht und der Art und Weise zuhört, wie das Ungeborene kommuniziert – durch seine Geräusche und durch seine Bewegungen und auch durch sein Herz. In der Lage zu sein, dem Herzen des Ungeborenen zuzuhören, wird uns enorme Informationen über seine Gesundheit und sein Wohlbefinden geben.

Last but not least:Die Gruppe der Hörgeschädigten, das sind wir alle. Wir alle werden irgendwann Hörschwächen haben. Hörgeräte funktionieren in ruhigen Umgebungen, nicht in lauten Umgebungen.

Wir haben zwei Ohren und zwei Augen, weil wir dadurch ein Gefühl für Tiefe und Richtung bekommen. Zum Hören, das erlaubt uns, in einer Bar zu sitzen und unserem Gesprächspartner zuzuhören, obwohl die Bar viel lauter ist. Indem wir mehrere Fasern in einem Stoff haben, zeigen wir in der Arbeit, dass wir die Schallrichtung erkennen können. Wir glauben, dass dies für Menschen, die Hörgeräte tragen und diesen Hörgeräten eine Richtungsfunktion verleihen möchten, wirklich transformativ sein könnte.

Technische Informationen :Was kommt als nächstes?

Prof. Yoel Fink :Es heißt Fabric Computing!

Jetzt unterrichte ich am MIT einen Kurs namens Computing Fabrics, in dem wir zeigen, wie die Welt der Computer und die Welt der Stoffe zusammenwachsen, und ich denke, das wird enorme Auswirkungen auf die Zukunft von uns allen haben. Die Tage des Computers oder Telefons in einer Glasbox in unserer Tasche oder unserem Taschenbuch sind gezählt. Die Zukunft des Computing liegt in Fabrics.

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