MIT doorbraak: Stretchbare, machine-wasbare kleding met ingebouwde sensoren voor real-time vitale-teken monitoring

MIT-onderzoekers hebben een methode ontwikkeld om sensoren direct in stretchbare stoffen te weven, wat kleding creëert die continu vitale tekens zoals temperatuur, ademhaling en hartslag monitort terwijl ze volledig machine-wasbaar blijven.

Deze slimme, vormpassende kleding kan ingezet worden voor remote patiëntmonitoring – van thuiszorg tot ziekenhuisinstellingen – evenals voor het tracken van sportersprestaties. Ze ondersteunen ook telemedicine, een kritieke behoefte tijdens de COVID-19 pandemie waar clinici steeds vaker virtueel patiënten raadplegen.

"We kunnen elk commercieel beschikbaar elektronisch component – of custom lab-gemaakte circuitry – in alledaagse textielen insluiten, wat conformerende kleding produceert," zei Canan Dagdeviren, assistentprofessor Media Arts and Sciences bij MIT. "Het systeem is volledig aanpasbaar, wat ons in staat stelt kleding te maat te maken voor iedereen die continue fysiologische data vereist zoals temperatuur of ademhalingssnelheid."

De technologie berust op compressiecontact: sensoren drukken tegen de huid, maar het hele kledingstuk – inclusief de ingesloten elektronica – blijft wasbaar. Het team's onderzoek, gepubliceerd in Nature, demonstreert dat het textielplatform aangepast kan worden in vorm, grootte en functie met standaard high-throughput textielfabricage en kledingpatroon-technieken.

Gedubd de Stretchable Electronic Textile Conformable Suit (E-TeCS), ahmt het ontwerp een compressieshirt na, bereikende huidcontact met een zachte 25 mmHg druk die comfort en sensornauwkeurigheid verbetert.

De suit is gebouwd van een custom-geweven stof die flexibele, stretchbare elektronische stroken huisvest. Deze stroken, die sensor IC's en interconnects omvatten, zijn gefabriceerd op twee-laag industriële flexibele PCB's en daarna geencapsuleerd met thermoplastisch polyurethaan (TPU TE-11C, DuPont) en een wasbare encapsulant (PE773, DuPont).

E-TeCS levert bemerkenswaardige precisie: houdtemperatuur tot ±0,1 °C met resolutie van 0,01 °C, en hartslag- en ademhalingsdetectie met precisie van 0,0012 m/s² dankzij mechano-akoestische inertiële detectie.

De gebreide elektronica kan tot 30% rekken over 1.000 cycli zonder significante verlies van mechanische of elektrische prestaties.

Het integreren van elektronica in textielen biedt verbeterde mobiliteit en comfort voor gebruikers, volgens de onderzoekers. Bestaande oplossingen zijn vaak beperkt tot single-parameter sensing of missen schaalbaarheid en stretchbaarheid voor huidcontactapplicaties.

MIT's benadering combineert dunne, aanpasbare elektronische apparaten – inclusief off-the-shelf IC's en interconnects – met plastic substraten die in gebreide stoffen geweven kunnen worden met high-throughput fabricage. Het resultaat is een compressie-stijl kledingstuk dat betrouwbaar huidcontact garandeert.

Om fabricagebaarheid te bewijzen, produceerde het team zeven modules: vier temperatuur-sensing, één inertiële-sensing, en twee interconnect-modules. Ze incorporeerden 66 temperatuursensoren en 20 interconnect-stroken op een 25 × 27,5 cm flexibele PCB (KingCredie).

De sensornetwerkarchitectuur verbindt elke sensor horizontaal via interconnects, kanaliseren signalen naar een externe laag die een Bluetooth Low Energy (BLE) module, een microprocessor en een stroombron huisvest.

Schalbaarheid demonstrerend, fabriceren de onderzoekers een prototype hemd dat roll-to-roll productie van sensor-ingesloten stoffen toont. Deze stoffen kunnen gesneden, gejoined en gemaat worden om diverse toepassingen te passen.

Toekomstig werk omvat het ontwikkelen van additionele kledingtypen – zoals broeken – en het integreren van sensoren voor andere gezondheidsindicatoren zoals bloedzuurstofverzadiging.

Visueel overzicht bekijken via de onderstaande video van de onderzoekers.

>> Een eerdere versie van dit artikel was oorspronkelijk gepubliceerd op onze sister site, Electronic Products.