MIT Durchbruch: Dehnbare, maschinenwaschbare Kleidung mit eingebetteten Sensoren für Echtzeit-Vitalzeichen-Monitoring

MIT-Forscher haben eine Methode pioniert, Sensoren direkt in dehnbare Stoffe zu weben, wodurch Kleidungsstücke entstehen, die kontinuierlich Vitalzeichen wie Temperatur, Atmung und Herzfrequenz überwachen, während sie vollständig maschinenwaschbar bleiben.

Diese smarten, formschlüssigen Garments können für Remote-Patienten-Monitoring eingesetzt werden – von Home Care bis Hospital Settings – sowie für Tracking von Athleten-Performance. Sie unterstützen auch Telemedizin, ein kritischer Bedarf während der COVID-19-Pandemie, wo Kliniker zunehmend virtuell Patienten konsultieren.

„Wir können jede kommerziell verfügbare elektronische Komponente – oder custom Lab-made Schaltungen – in alltägliche Textilien einbetten, produzierend konforme Garments“, sagte Canan Dagdeviren, Assistant Professor of Media Arts and Sciences am MIT. „Das System ist vollständig anpassbar, was uns erlaubt, Kleidung für jeden zu schneidern, der kontinuierliche physiologische Daten wie Temperatur oder Atemfrequenz benötigt.“

Die Technologie basiert auf Kompressionskontakt: Sensoren drücken gegen die Haut, doch das gesamte Garment – inklusive eingebetteter Elektronik – bleibt waschbar. Die Team-Forschung, veröffentlicht in Nature, demonstriert, dass die Textil-Plattform in Form, Größe und Funktion anpassbar ist, unter Nutzung standardmäßiger High-Throughput Textil-Fertigung und Garment-Patterning-Techniken.

Dubbed the Stretchable Electronic Textile Conformable Suit (E-TeCS), das Design ahmt ein Kompressions-Shirt nach, erzielt Hautkontakt mit sanften 25 mmHg Druck, der Komfort und Sensor-Genauigkeit erhöht.

Der Suit besteht aus custom-gewebtem Stoff, der flexible, dehnbare elektronische Strips beherbergt. Diese Strips, die Sensor-ICs und Interconnects beinhalten, werden auf zwei-Layer Industrial Flexible PCBs gefertigt und dann mit thermoplastischem Polyurethan (TPU TE-11C, DuPont) und einem waschbaren Encapsulant (PE773, DuPont) eingekapselt.

E-TeCS liefert bemerkenswerte Präzision: Hauttemperatur auf ±0,1 °C mit 0,01 °C Auflösung, und Herzfrequenz- und Atmungssensing mit 0,0012 m/s² Präzision dank mechano-akustischer Inertial-Detektion.

Die gestrickten Elektroniken dehnen sich bis zu 30 % über 1.000 Zyklen ohne signifikanten Verlust mechanischer oder elektrischer Performance.

Integration von Elektronik in Textilien bietet erhöhte Mobilität und Komfort für Nutzer, laut Forschern. Bestehende Lösungen sind oft auf Single-Parameter-Sensing limitiert oder fehlen Skalierbarkeit und Dehnbarkeit für Hautkontakt-Applikationen.

MITs Ansatz kombiniert dünne, anpassbare elektronische Devices – inklusive Off-the-Shelf ICs und Interconnects – mit Plastik-Substraten, die in gestrickte Stoffe mittels High-Throughput Manufacturing gewebt werden können. Das Resultat ist ein Kompressions-Style Garment, das zuverlässigen Hautkontakt sicherstellt.

Um Fertigbarkeit zu beweisen, produzierte das Team sieben Module: vier Temperatur-sensing, eines Inertial-sensing und zwei Interconnection-Module. Sie integrierten 66 Temperatursensoren und 20 Interconnect-Strips auf einem 25 × 27,5 cm Flexible PCB (KingCredie).

Die Sensor-Netzwerk-Architektur verbindet jeden Sensor horizontal via Interconnects, kanalisiert Signale zu einer externen Schicht, die ein Bluetooth Low Energy (BLE) Modul, einen Mikroprozessor und eine Stromquelle beherbergt.

Skalierbarkeit demonstrierend, fertigten die Forscher ein Prototyp-Shirt, das Roll-to-Roll Produktion von sensor-embedded Stoffen zeigt. Diese Stoffe können geschnitten, verbunden und für diverse Applikationen geschneidert werden.

Zukünftige Arbeit umfasst Entwicklung zusätzlicher Garment-Typen – wie Hosen – und Integration von Sensoren für andere Gesundheitsindikatoren wie Blutsauerstoffsättigung.

Für einen visuellen Überblick schauen Sie das Forscher-Video unten.

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