Der Power Suit:Nicht nur für die Arbeit

Wussten Sie, dass die Integration von Nanomaterialien, Herstellungs- und Bekleidungsstoffen an der Schwelle zur Entwicklung eines ganz neuen tragbaren „Power Suit“ steht, der neben unzähligen anderen Möglichkeiten helfen kann, Patienten zu überwachen oder Energie zu erzeugen?

Vier Institute der verarbeitenden Industrie in den USA spielen in Zusammenarbeit mit den NIST MEP-Zentren eine entscheidende Rolle in dieser Branche und der dazugehörigen Lieferkette, indem sie auf kommerzielle und technische Entwicklungen zurückgreifen, die in diesem neuen Bereich schnell angewendet werden können.

Da die Entwicklung von Nanomaterialien immer schneller voranschreitet, werden immer mehr Anwendungen identifiziert, die die Integration von Hightech-Geräten in jahrhundertealte Produkte beinhalten. Eine dieser Anwendungen in der Bekleidungsindustrie ist ein neuer Trend, der als Power Suits bekannt ist.

Energiegewinnung

Energy Harvesting ist der Prozess, bei dem Energie aus externen Quellen (z. B. Sonnenenergie, Wärmeenergie, Windenergie, Salzgradienten und kinetische Energie, auch als Umgebungsenergie bekannt,) gewonnen, erfasst und für kleine, drahtlose autonome Geräte gespeichert wird. wie sie in tragbarer Elektronik und drahtlosen Sensornetzwerken verwendet werden. Auf Mikro- und Milliampere-Ebene gewinnt diese Praxis immer mehr an Bedeutung, da Geräte mit sehr geringem Leistungsbedarf entwickelt werden. Es ist ein Bereich von Interesse für den Bekleidungssektor, insbesondere in Bezug auf die Umwandlung von „Bewegung“ in Energie.

Die potenziellen Anwendungen in dieser Branche können das Leben verändern.

Das Erkennen eines Sturzes einer älteren Person, die Stromversorgung von Herzschrittmachern oder anderen Implantaten, das Einbetten von GPS-Geräten in die Kleidung von Wanderern oder die Ortung von desorientierten Alzheimer-Patienten sind einige der Möglichkeiten1. Die Übertragung basiert auf zwei wohlbekannten Phänomenen:piezoelektrischen und triboelektrischen Effekten. Piezoelektrische Effekte verbinden elektrische Signale und mechanische Kraft, während triboelektrische Effekte das Sammeln entgegengesetzter Ladungen auf zwei unterschiedlichen Materialien beinhalten, sobald Materialien miteinander in Kontakt kommen.

Die Rolle der US-amerikanischen Institute und MEP-Zentren in der Fertigung

Power Suits und andere technisch fortschrittliche Kleidungsstücke erfordern kommerzielle und technologische Entwicklungen in vier hochintegrierten Bereichen:flexible Sensoren, „intelligente“ Datennutzung, Leistungselektronik und Stoffe. Diese gehören zu den Technologieschwerpunkten der folgenden kürzlich gegründeten Manufacturing USA Institute: 

Die Mission von PowerAmerica besteht darin, fortschrittliche Herstellungsverfahren zu entwickeln, die eine großtechnische Produktion von Halbleitern mit großer Bandlücke (WBG) ermöglichen, die es ermöglichen, dass elektronische Komponenten kleiner, schneller und effizienter sind als Halbleiter aus Silizium.

NEXTFLEX konzentriert sich auf die Entwicklung einer neuen Ära in der Herstellung flexibler Hybridelektronik (FHE), indem es das US-Ökosystem für flexible Hybridelektronik katalysiert, um Technologie durch Investitionen in die Skalierung von FHE-Materialien, dünnere Geräteverarbeitung, geräte-/sensorintegriertes Drucken und Verpacken, Systemdesign zu kommerzialisieren Tools sowie Zuverlässigkeitstests und -modellierung.

Das Clean Energy Smart Manufacturing Innovation Institute vereint ein Konsortium von fast 200 Partnern aus Wissenschaft, Industrie und gemeinnützigen Organisationen aus mehr als 30 Bundesstaaten, um Fortschritte bei intelligenten Sensoren und digitalen Prozesssteuerungen voranzutreiben, die die Effizienz der USA radikal verbessern können fortschrittliche Fertigung.

Das Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA) Institute, eine nationale Non-Profit-Organisation, die von Industrie, Wissenschaft, Regierung und Risikokapital unterstützt wird, wird die weit verbreitete Kommerzialisierung hochfunktioneller Stoffe beschleunigen. Dazu gehören die jüngsten Durchbrüche bei Fasermaterialien und Herstellungsprozessen, die es uns bald ermöglichen werden, Stoffe zu entwerfen und herzustellen, die Energie sehen, hören, fühlen, kommunizieren, speichern und umwandeln, die Temperatur regulieren, den Gesundheitszustand überwachen und die Farbe ändern – der Beginn einer „Stoffrevolution“ ”.

Ein Schlüsselelement für die Implementierung und Einführung dieser neuen Technologien bei Herstellern in den USA ist die Einbettung von MEP in Pilotprojekte von Manufacturing USA Institutes, die 2016 begannen. Einige der Hauptziele des Pilotprojekts sind:

• Sensibilisierung kleiner US-Hersteller für die Schwerpunktbereiche und Ressourcen des Manufacturing USA Institute;
• sicherstellen der Beteiligung kleiner US-Hersteller an den Prozessen und Aktivitäten im Zusammenhang mit der Information und Entwicklung der Forschungsagenden der Institute;
• die Beteiligung kleiner US-Hersteller an der Forschung des Manufacturing USA Institute erhöhen; und
• sicherstellen, dass die Forschungsergebnisse des Instituts zur Umsetzung an kleine US-Hersteller weitergegeben werden.

Nur der Anfang

Die Entwicklung von Power Suits kratzt kaum an der Oberfläche der Fortschritte, die durch die Integration physikalischer Phänomene, Nanomaterialien und die Einführung neuer Technologien möglich sind. Die kommerzielle Produktion für solche State-of-the-Art-Produkte erfordert Lieferketten, die neue technologische Entwicklungen und Prozesse integrieren. Durch die Zusammenarbeit von Manufacturing USA Institutes und MEP-Zentren werden Hersteller in der Lage sein, Märkte zu erschließen, die sonst möglicherweise unzugänglich gewesen wären, und gleichzeitig den Verbrauchern innovative neue Produkte anzubieten.

Wenn Sie mehr über diese Entwicklungen erfahren möchten, wenden Sie sich bitte unter 301-975-0413 an Ihr lokales MEP-Zentrum oder die NIST MEP-Zentrale.

^1. „Nanotechnologie könnte uns einen ganz neuen „Power Suit“ bringen“, CEN.ACS.ORG, 16. Januar 2017, P15-17.