Textilfaser misst Körperfunktionen

Sportuhren messen Herzschlag, Sauerstoffsättigung und Aktivität mit hoher Genauigkeit. Noch eleganter lassen sich diese Körperfunktionen zukünftig wahrscheinlich mit speziellen Fasern aufzeichnen, die bereits in die Kleidung integriert sind. Denn Forscherinnen und Forscher haben nun einen Prototyp aus solchen Fasern getestet, in die unter anderem Sensoren und Batterien eingebaut sind. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature“ berichten, konnten sie sowohl die Vitalwerte von Testpersonen als auch die Art ihrer Bewegungen aufzeichnen, analysieren und an ein Smartphone senden.

„Unsere Körper senden jede Sekunde eine große Menge an Daten durch die Haut – in Form von Wärme, Schall, Biochemikalien, elektrischen Pulsen und Licht“, so Yoel Fink vom Massachusetts Institute of Technology in den USA. Um mit ihrer neuen Faser solche Körperfunktionen aufzeichnen zu können, nutzten Fink und sein Team zahlreiche unterschiedliche Sensoren, von Puls- und Temperatursensoren bis hin zu Bewegungssensoren. Außerdem verwendeten sie Controller, um die Informationen auszuwerten, sowie flexible Mikrodrähte, Datenspeicher, Batterien und Bluetooth-Funkmodule.

Einfacher Computer in Faserform

Hilfreiche Verbindung

Viele der verwendeten Komponenten wurden bereits in den vergangenen Jahren entwickelt. Eine große Herausforderung stellten allerdings die Controller dar, da die elektronischen Schaltkreise noch auf einer zu großen Fläche angeordnet waren. Die Lösung für dieses Problem fanden Fink und sein Team nun in einer ausgefeilten Falttechnik. So ließ sich die flache Elektronik zu einem Modul mit einer Größe von einem Millimeter zusammenfalten. Alle Komponenten ordneten die Forschenden hintereinander in einer dünnen, flexiblen Faser aus einem dehnbaren und wasserfesten Kunststoff an. So erhielten sie quasi einen einfachen Computer in Faserform, den sie wiederum mit Textilfasern umhüllten und in Kleidungsstücke einwebten.

In ersten Versuchen testeten Probandinnen und Probanden die speziellen T-Shirts und Sporthosen. Die Controller sammelten die Daten, die vor allem entlang der Arme und Beine aufgezeichnet wurden, und speicherten sie in den eingewobenen Datenspeichern ab. Mithilfe der Funkmodule wurden die gesammelten Informationen an ein Smartphone gesendet. So ließen sich nicht nur typische Vitalfunktionen wie Herzschlag, Körpertemperatur und Sauerstoffsättigung ermitteln. Auch die Art der Aktivität erkannten die Fasern durch die eingebauten Bewegungssensoren mit einer Zuverlässigkeit von 95 Prozent.

Nach diesen guten Ergebnissen im Labor steht nun ein anspruchsvollerer Praxistest an. In Zusammenarbeit mit der US-Army werden Testpersonen die Kleidung auf der 30-tägigen Arktis-Expedition „Musk Ox II“ tragen. Rund um die Uhr sollen dabei eine Vielzahl an physiologischen Daten gesammelt werden. Damit sollen nicht nur die neuen Fasern getestet, sondern auch die Körperfunktionen bei der extremen Kälte besser verstanden werden.