Textile Strukturen, Sensorik, Wissensmanagement, Simulation

Sensor-Shirt zur EKG-Messung

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Alexander Büsgen

 

Zur EKG- und Pulsmessung müssen in Medizin und Sport elektrische Signale von der Hautoberfläche abgelesen werden. Langzeit-EKGs sind besonders für die Diagnostik von Herzrhythmusstörungen wichtig, können mittels herkömmlicher Klebe-Elektroden jedoch nur bis zu 24 Stunden durchgeführt werden. Im Sport werden Brustgurte zur Pulsmessung eingesetzt, die nicht nur störend wirken, sondern auch nur bei Verwendung eines Leitgels zuverlässig arbeiten.

Mit Hilfe textiler Sensoren könnten EKG- und Puls-Signale zeitlich unbegrenzt und ohne Hautirritationen hervorzurufen gemessen werden. Solche Elektroden bestehen aus textilen Leitern, beispielsweise Umwindegarnen, Fasergarnen mit Edelstahlanteil oder leitfähig beschichteten Garnen. Diese Garne besitzen einen textilen Charakter - man spürt die geringen metallischen Anteile nicht, und sie lassen sich wie jedes andere Garn verweben, aufsticken, stricken usw.

 

Diese textilen Elektroden können in ein Sensor-Shirt integriert werden, um EKG oder Puls zu messen. Hierdurch werden sie gleichzeitig korrekt positioniert, ein Verrutschen - wie bei einem Brustgurt - oder fehlerhaftes Anlegen ist nicht möglich.

Durch die Kombination verschiedener textiler Leiter mit unterschiedlichen Flächenkonstruktionen wurde eine ideale EKG-Elektrode entwickelt, die auch auf trockener Haut ein ebenso sauberes Signal misst wie herkömmliche Gel-Elektroden.


Gestrickter Atemsensor

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Marcus O. Weber

 

Gestricke aus leitfähigen Fasergarnen mit Edelstahlanteil weisen eine starke Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der Dehnung auf. Dies lässt sich nutzen, um einen gestrickten Atemsensor zu konstruieren, der in Unterbekleidung integriert werden kann, ohne den Tragekomfort des Shirts zu vermindern.

 

Variiert man verschiedene Gestrickparameter, so sieht man, dass viele gängige Bindungen (beispielsweise Rechts/Rechts, Rechts/Links, Fang, Perlfang, Milano-Rib ...) hierfür ungeeignet sind, da nach einigen Dutzend Atemzyklen kein signifikanter Unterschied mehr im elektrischen Widerstand beim Ein- und Ausatmen besteht. Erst durch eine besondere Flächenkonstruktion gelingt die Herstellung eines auch auf langen Zeitskalen stabilen Atemsensors, dessen Funktionstüchtigkeit auch durch mehrfaches Waschen nicht beeinträchtigt wird.

Abgeschlossenes Projekt:


Gestrickter Drucksensor

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Marcus O. Weber

 

Gestricke aus leitfähigen Fasergarnen mit Edelstahlanteil können als Dehnungs- oder Drucksensoren genutzt werden. Besonders vielfältig einsetzbare Drucksensoren entstehen, wenn statt einer einzigen leitfähigen Fläche ein Abstandsgestrick mit zwei elektrisch leitfähigen Seiten erzeugt wird, die durch ein isolierendes Garn getrennt werden.


Solche gestrickten "Spacer Fabrics" haben gegenüber gewirkten Varianten den Vorteil, dass sich die leitfähigen Flächen nicht oberhalb eines bestimmten Druckes gegeneinander verschieben und so zu einem hysteretischen Verhalten führen, sondern sich beim gleichen Druck berühren und wieder trennen können.

 

Je nach Art der elektrischen Kontaktierung und Auswertung der gemessenen Widerstände kann ein solches Abstandsgestrick beispielsweise die Position des Kontaktes detektieren oder die Größe der berührenden Fläche. Im einfachsten Fall wirkt es wie ein Schalter, der z. B. gleichzeitig als Polsterung eines Autositzes dient und angibt, ob ein Beifahrer platzgenommen hat, oder signalisiert, wenn ein Baby seine Krabbeldecke verlässt; eine intelligentere Elektronik könnte beispielsweise in einer Matratze oder Matratzenauflage die Druckverteilung messen, die ein schlafender Mensch auf den Untergrund ausübt.

Abgeschlossenes Projekt:


Thermoregulativer Strumpf

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Alexander Büsgen

 

Ein leitfähiges Umwindegarn, in dem ein dünner, leitfähiger Draht (z. B. aus Kupfer mit Silbermantel und einer äußeren Isolation) um einen textilen Kern gewunden ist, ändert seinen elektrischen Widerstand mit der Temperatur. Auf diese Weise lässt sich also beispielsweise die Hauttemperatur mit einem eng anliegenden Textil, das zum Teil aus Umwindegarn besteht, messen.

Andererseits können solche textilen Leiter auch genutzt werden, um Textilien zu beheizen, indem eine kleine Spannung angelegt wird.

Da solche textilen Leiter in eine textile Fläche integriert werden können, ohne aufzutragen oder die textile Haptik zu stören, sind sie ideal für die Entwicklung eines thermoregulativen Strumpfes geeignet.

Insbesondere für Diabetiker, deren Temperaturempfinden häufig gestört ist (Polyneuropathie), ist ein solches selbstregulierendes System wichtig, um Unterkühlungen oder auch Verbrennungen zu vermeiden.


Gewebte Tastatur

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Alexander Büsgen

 

Auf Jacquard-Webmaschinen lassen sich mittels einer speziellen Bindungstechnik dreidimensionale Formen in einem doppellagigen Gewebe erzeugen. Auf diese Weise kann man beispielsweise Röhren bzw. Kanäle in einem Gewebe produzieren, die später Luft oder Flüssigkeiten führen können.

Auch einzelne Tasten können so gewebt werden. Im Ruhezustand sind die obere und die untere Gewebelage im Bereich der Tasten getrennt, dazwischen sind beide Lagen verbunden. Drückt man auf eine der Tasten, berühren sich Vorder- und Rückseite. Webt man nun auf der Vorderseite im Schuss und auf der Rückseite in der Kette (oder umgekehrt) leitfähige Fäden ein, so schließt man beim Drücken einer solchen gewebten Taste einen elektrischen Kontakt und kann auf diese Weise z. B. einen Pocket-PC oder eine in die Bekleidung integrierte Funktion bedienen.

Im Gegensatz zu aufgestickten oder -gedruckten Tasten lassen sich die Umrisse gewebter Tasten spüren, so dass auch die Nutzung im Dunkeln bzw. ohne ständigen Blickkontakt zur Tastatur möglich ist.


Textiler RFID-Transponder

Ansprechpartner: Prof. Dr. Yordan Kyosev

 

Die RFID-Technologie (Radio Frequency IDentification) wird bereits in vielen Bereichen der textilen Kette genutzt, beispielsweise zur Vereinfachung der Inventur oder als Diebstahlsicherung. Damit sind die Möglichkeiten dieser Technik jedoch längst nicht ausgereizt. Besonders interessante Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich, wenn ein RFID-Transponder fest in ein Kleidungsstück integriert wird - auf diese Weise könnten beispielsweise Waschhinweise, die von einer entsprechend ausgerüsteten Waschmaschine gelesen werden könnten, dauerhaft mit einem Textil verbunden werden.

Hierzu ist es jedoch nötig, textile Transponder an Stelle der heutzutage benutzten, nicht waschbaren und nicht auf textilen Materialien basierenden Transponder zu entwickeln. Solche textilen Transponder werden im FTB mit Hilfe verschiedener Flächenkonstruktionen hergestellt und optimiert. Gleichzeitig werden Anwendungskonzepte für RFID in Textilien und Bekleidung entwickelt.


Semantisches Wissensnetz [weiß_net]

Ansprechpartner: Prof. Dr. Klaus Hardt

 

Im FTB wird ein semantisches Wissensnetz entwickelt, das zur Unterstützung der Lehre dient. In einem solchen Wissensnetz werden Schnittstellen zwischen den Lehrinhalten deutlich, die Lehre kann als zusammenhängendes Gebilde verstanden werden. Zusätzlich wird die Forschung integriert, um das Interesse Studierender zu wecken und Forschungsaktivitäten zu fördern. Die Modellierung des Wissensnetzes geschieht mit Hilfe der Systemsoftware "K-Infinity" der intelligent views gmbh, Darmstadt.

 

Ein semantisches Wissensnetz besteht aus Knoten und Kanten, wobei jeder Knoten einen Begriff oder ein Individuum darstellt und durch semantische Relationen (Kanten) mit anderen Knoten vernetzt ist. Knoten enthalten ebenfalls Beschreibungen, Abbildung, Links etc.

 

Die User-Plattform befindet sich im Internet und ist somit schnell und einfach auffindbar. Sie enthält ein Rechtesystem, das für jeden User definiert, welchen Zugriff auf Informationen oder auch welche Bearbeitungsmöglichkeiten ihm erlaubt sind.

Weitere Informationen


3D-Gewirke

Ansprechpartner: Prof. Dr. Yordan Kyosev

 

Gewirke werden in medizinischen und technischen Anwendungen ebenso genutzt wie in Bekleidung. Zur Simulation ihrer Eigenschaften benötigt man die Kenntnis der Garngeometrie und der Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Garnen. In der Literatur findet man nur Simulationen zu wenigen speziellen 3D-Geometrien.

 

Im FTB wird daher ein universelles Modell entwickelt, das Gewirke in beliebigen dreidimensionalen Formen beschreibt. Es erlaubt die Vorhersage wichtiger Eigenschaften wie Fadenlänge, Flächendichte, Dicke und Permeabilität. Netz- oder röhrenförmige Geometrien (z. B. für den textilen Ersatz von Blutgefäßen) lassen sich damit ebenso simulieren wie Abstandsgewirke (z. B. für Autositze, Matratzen oder textilverstärkte Baustoffe).


3D-Geflechte

Ansprechpartner: Prof. Dr. Yordan Kyosev

 

Viele Maschinenteile wie Rotoren, Propeller oder Düsen werden aus Geflechten hergestellt. Im FTB wird daher eine Simulation der textilen Geometrie armierter geflochtener Schalen entwickelt. Hierzu sind verschiedene Daten - wie Abzugsgeschwindigkeit, Bindung, Garndichte und Garnquerschnitt - nötig. Aus diesen Werten werden der Bedeckungsgrad, der Flechtwinkel, die Geflechtdicke und das Faser-Matrix-Verhältnis in jedem Punkt der dreidimensionalen Form berechnet.