Gängige Methoden produzieren kostengünstige Smart Textiles mit Sensoren

Elizabeth Montalbano | 05. Juni 2023

Forscher haben einen Weg gefunden, intelligente Textilien mit integrierten LEDs, Sensoren und anderen elektronischen und vernetzten Komponenten auf ähnlichen Maschinen zu entwickeln, die zur Herstellung von Alltagskleidung verwendet werden, sagten sie.

Die Forscher, ein internationales Team unter der Leitung der Universität Cambridge, haben gezeigt, dass sie die automatisierten Prozesse, die heute auf industriellen Webstühlen eingesetzt werden, nutzen können, um herkömmliche Kleidung herzustellen und intelligente Textilien ohne Einschränkungen in Größe oder Form herzustellen. Diese Arbeit könne die Kosten intelligenter Textilien erheblich senken und sie allgemein zugänglicher machen, da die Komplexität ihrer Herstellung ihre Produktion und Verwendung stark eingeschränkt habe, sagten sie.

Die Forschung baut auf früheren Arbeiten auf, die das Team letztes Jahr vorgestellt hat, um ein intelligentes Display aus Fasern zu entwickeln, die mit Materialien beschichtet sind, die eine Dehnbarkeit ermöglichen und sie so mit herkömmlichen Webprozessen kompatibel machen.

Die neueste Errungenschaft dieser Arbeit besteht darin, mehrere Arten von Fasergeräten herzustellen – darunter Energiespeichergeräte, LEDs und Transistoren – und sie dann in einem automatisierten Webprozess mit herkömmlichen Fasern, entweder synthetischen oder natürlichen, zu mischen. Anschließend hätten sie diese Geräte mithilfe von elektrisch leitfähigem Klebstoff und einem automatisierten Laserschweißverfahren miteinander verbunden, sagten sie.

Bevor diese Methode entwickelt wurde, erforderte ihre Herstellung tatsächlich spezielle Mikroelektronikanlagen und Investitionen in Milliardenhöhe, bemerkte Sanghyo Lee vom Department of Engineering in Cambridge, der an der Forschung arbeitete. „Darüber hinaus ist die Herstellung intelligenter Textilien auf diese Weise stark eingeschränkt, da alles auf denselben starren Wafern hergestellt werden muss, die auch für die Herstellung integrierter Schaltkreise verwendet werden. Die maximale Größe, die wir erreichen können, liegt also bei etwa 30 Zentimetern im Durchmesser“, sagte er.

Nicht nur die Komplexität der Herstellung schränkt den Einsatz intelligenter Textilien ein, bemerkte ein anderer Forscher. Ihr „Mangel an Praktikabilität“ habe sie auch schwer zu verkaufen gemacht, sagte Luigi Occhipinti, Co-Leiter der Forschung am Department of Engineering in Cambridge. „Man denkt an die Art von Biegen, Dehnen und Falten, denen normale Stoffe standhalten müssen, und es war eine Herausforderung, die gleiche Haltbarkeit in intelligente Textilien zu integrieren“, erklärte er.

Um sicherzustellen, dass die resultierenden Textilien langlebiger sind als die zuvor hergestellten, optimierten die Forscher Prozesse, um Schäden an den elektronischen Komponenten zu minimieren und sie in die Lage zu versetzen, der Dehnung standzuhalten, die bei der Verarbeitung auf einem industriellen Webstuhl auftritt. Dies erreichten sie durch die Untersuchung und Berücksichtigung der im Prozess verwendeten mechanischen Kraft und thermischen Energie, sodass sie während der Herstellung sowohl das Weben als auch die laserbasierte Verbindung einkapseln konnten, sagten die Forscher.

Das Forschungsteam habe mit Textilherstellern zusammengearbeitet, um Testmuster intelligenter Textilien mit Abmessungen von etwa 50 mal 50 Zentimetern herzustellen, hieß es. Diese Größen könnten jedoch mit demselben Verfahren vergrößert und in großen Mengen hergestellt werden, sagten die Forscher.

„Diese Unternehmen verfügen über gut etablierte Produktionslinien mit Faserextrudern mit hohem Durchsatz und großen Webmaschinen, die einen Quadratmeter Textilien automatisch weben können“, erklärte Lee. „Wenn wir also die intelligenten Fasern in den Prozess einbringen, entsteht im Grunde ein elektronisches System, das genauso hergestellt wird, wie andere Textilien hergestellt werden.“

Forscher veröffentlichten einen Artikel über ihre Arbeit in der Zeitschrift Science Advances.

In Zukunft könnten große flexible Displays und Monitore sogar auf industriellen Webstühlen hergestellt werden, was ihre Herstellung weitaus kostengünstiger machen würde als das Verfahren, das in spezialisierten Produktionsanlagen verwendet wird, wo sie heute hergestellt werden, sagten die Forscher. Damit dies jedoch standardisiert und langfristig umsetzbar sei, müssten die Forscher den Prozess weiter optimieren, was sie planen, sagten sie.

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