Onderzoekers weven sensoren voor het bewaken van vitale functies in kleding

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology hebben een techniek ontwikkeld om sensoren in rekbare kledingstoffen in te bedden, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor het bewaken van vitale functies zoals temperatuur, ademhaling en hartslag tijdens uw dag. Bovendien zijn deze nauwsluitende en met sensoren ingebedde kledingstukken machinewasbaar.

Onderzoekers zeiden dat de kledingstukken kunnen worden gebruikt om de gezondheid van een patiënt op afstand te volgen, variërend van zieken thuis of in een ziekenhuis tot het monitoren van de fysieke activiteit van een atleet. Het kan ook nuttig zijn voor telegeneeskunde, wat vooral handig is tijdens de COVID-19-pandemie voor artsen die steeds vaker op afstand contact maken met patiënten.

"We kunnen alle in de handel verkrijgbare elektronische onderdelen of op maat gemaakte, in het laboratorium gemaakte elektronica hebben ingebed in het textiel dat we elke dag dragen, waardoor we aanpasbare kledingstukken creëren", zegt Canan Dagdeviren, de LG Electronics Career Development-assistent-professor Media Arts and Sciences aan het MIT, in een verklaring. "Deze zijn aanpasbaar, dus we kunnen kleding maken voor iedereen die fysieke gegevens van hun lichaam nodig heeft, zoals temperatuur, ademhalingsfrequentie, enzovoort."

De kledingstukken werken door middel van compressie, waarbij de sensoren de huid raken. De sensoren zijn verwijderbaar van het rekbare materiaal en de kleding kan worden gewassen met de sensoren erin verwerkt.

Volgens het artikel van de onderzoekers, gepubliceerd in het wetenschappelijk tijdschrift Nature, kan dit textielplatform worden aangepast in verschillende vormen, maten en functies met behulp van standaard high-throughput textielproductie- en kledingpatroontechnieken. Net als een compressieshirt, maakt het rekbare elektronische textiel conformable suit (E-TeCS), zoals het door onderzoekers wordt genoemd, contact tussen de elektronica en de huid mogelijk met een druk van ongeveer 25 mmHg. Onderzoekers zeiden dat dit zorgt voor fysiek comfort en verbeterde precisie voor sensormetingen op de huid.

Het pak (kledingstuk) is gemaakt van een op maat gemaakte stof die kan worden geïntegreerd met een verscheidenheid aan sensoren en verbindingen als flexibele, rekbare elektronische strips. Het textielplatform bestaat uit kanalen of zakken voor het weven van deze elektronische strips.

De sensor-IC's en interconnects zijn ontwikkeld met behulp van tweelaagse industriële flexibele printplaten (PCB's), aldus onderzoekers, met extra stappen voor de assemblage van chips en passieve componenten en inkapseling met thermoplastisch polyurethaan (TPU) (TE-11C, Dupont) en een wasbare inkapseling (PE773, Dupont).

De E-TeCS kan de huidtemperatuur detecteren met een nauwkeurigheid van 0,1°C en een precisie van 0,01°C, evenals hartslag en ademhaling met een precisie van 0,0012 m/s ² , dankzij mechano-akoestische traagheidsdetectie.

Onderzoekers ontdekten ook dat de gebreide textielelektronica tot 30% kan worden uitgerekt onder 1000 rekcycli zonder significante verslechtering van de mechanische en elektrische prestaties.

Kleding biedt een ideaal platform voor de integratie van elektronica om fysiologische processen via de huid te volgen, aldus de onderzoekers. Daarom kunnen elektronische apparaten die in textiel zijn geïntegreerd, verschillende voordelen bieden, zoals verbeterde mobiliteit en comfort voor gebruikers.

Onderzoekers merkten op dat er verschillende pogingen zijn gedaan om elektronica in textiel te integreren; veel van hen zijn echter niet schaalbaar voor detectie van grote oppervlakken en laten geen "rekbaarheid toe voor de toepassing van huidcontactdetectie voor elektronische pakken", en de meeste meten slechts één enkele parameter op een bepaalde contactlocatie.

De onderzoekers van MIT hebben een techniek ontwikkeld die dunne, aanpasbare en aanpasbare elektronische apparaten combineert, inclusief verbindingslijnen en kant-en-klare IC's, met plastic substraten die in gebreid textiel kunnen worden geweven met behulp van een productiebenadering met hoge doorvoer. Net als een compressiekledingstuk zorgt het voor contact tussen de elektronica en de huid.

Om de maakbaarheid aan te tonen, ontwierpen en fabriceerden de onderzoekers zeven verschillende modules:vier temperatuurgevoelige modules, een traagheidsgevoelige module en twee interconnectiemodules. Ze passen op 66 temperatuursensoren en 20 verbindingsstrips op een 25 × 27,5 cm flexibel bord (FPCB, KingCredie).

In termen van de sensornetwerkarchitectuur die in de stof is ingebed, kan elke sensor met elkaar worden verbonden met de onderlinge verbindingen horizontaal, waar het signaal wordt verzameld door de externe laag, die bestaat uit een Bluetooth Low Energy (BLE) -module, een microprocessor, en een stroombron.

Het team ontwikkelde een prototype-shirt om de schaalbaarheid van de sensorgeïntegreerde stof te demonstreren. Het toont de mogelijkheid van roll-to-roll fabricage van met sensoren ingebedde stoffen die in elke maat kunnen worden gesneden, samengevoegd en op maat gemaakt voor een verscheidenheid aan behoeften en toepassingen, aldus onderzoekers.

Het team is van plan andere soorten kledingstukken te ontwikkelen, zoals broeken, en extra sensoren op te nemen voor het bewaken van andere gezondheidsindicatoren, zoals het zuurstofgehalte in het bloed.

Bekijk de video van de onderzoekers hieronder voor meer informatie over het onderzoek en de technologie.

>> Een eerdere versie van dit artikel werd oorspronkelijk gepubliceerd op onze zustersite, Electronic Products.