Wearables, intelligente Kleidung und elektronisches Textil

Wearables ist ein Oberbegriff für unterschiedliche interaktive Accessoires und Kleidung, deren Gemeinsamkeit ist, dass man sie nah am Körper trägt. Bekannt und verbreitet sind inzwischen Fitness-Armbänder (weitere Beispiele sind Fitbit und Garmin), Smart Watches (die Apple Watch oder Smart Watches von Samsung stehen hier neben klassischen Uhrenherstellern wie Skagen), Datenbrillen und Sensoren in Laufschuhen.

Häufig werden aber auch intelligente Kleidungsstücke als Wearables bezeichnet, deren Sensorik näher am Körper und komfortabler zu tragen ist. Im Bereich der intelligenten Kleidung werden auch elektronische Textilien eingesetzt, also leitende Garne und Sensorgarne. So lässt sich die digitale Funktion direkt in den Stoff einarbeiten, aus dem die Kleidungsstücke hergestellt werden.

e-Textiles als interdisziplinäres Arbeitsfeld

Weil bei elektronischen Textilien sowohl der Stoff als auch die Elektrotechnik und Programmierung eine große Rolle spielen, arbeiten in diesem Bereich so unterschiedliche Professionen wie Materialforschung, Textiltechnologie und Textildesign, Modedesign und Bekleidungstechnologie, Interfacedesign, Elektrotechnik, Informatik und Künstliche Intelligenz zusammen - denn die Übertragung von elektronischen Elementen und Funktionen in Stoff ist keine einfache Angelegenheit.

Was in Form konventioneller Elektronik schon lange zuverlässig läuft, muss in Textil häufig noch erfunden werden. Geforscht wird nicht nur an faser- und garnförmigen Sensoren für diverse Eigenschaften, sondern auch an Solarzellen, Transistoren und Batterien. Im Vergleich zu der althergebrachten zuverlässigen Eingabe über Tastaturen oder Touchscreens ist die Auswertung von textilen Sensoren recht anspruchsvoll, weil sie - wie anderer Stoff auch - ausleiern, verrutschen oder verschleißen. Damit sie trotzdem brauchbare Ergebnisse liefern, ist Künstliche Intelligenz hilfreich, um mit den Schwankungen bei den Sensordaten umzugehen.

In der Herstellung von e-Textiles hat man es mit einer Mischung aus Textilproduktion und Elektrotechnik zu tun. Smarte Fasern und Garne werden mit industriellen Produktionsverfahren wie Weben und Stricken verarbeitet und dabei mit konventionellen Garnen kombiniert. Druckverfahren wie Siebdruck eignen sich ebenfalls, um weitere "Komponenten" - etwa thermochrome Pigmente, die sich bei Erwärmung verfärben - auf den Stoff aufzubringen - so stellt man auch textile Displays her. Hier ein künstlerisches Beispiel für ein solches Display.

Für das Anbringen von anderen Komponenten, beispielsweise LEDs oder Vibrationsmotoren, werden Verfahren wie Pick-and-Place aus der Elektrotechnik entliehen und die Komponenten automatisiert auf textile Leiterbahnen aufgelötet. Leitende Stoffe lassen sich auch ätzen, ähnlich wie Kupferplatinen. Trotz der unterschiedlichen Bestandteile kann man intelligente Kleidung also schon jetzt mit industriellen Mitteln herstellen. Dazu kommt die Entwicklung in der Modebranche, dass Kunden ihre Kleidungsstücke personalisieren können, sowohl in der Größe und Passform als auch im Stil.

Wir dürfen also damit rechnen, dass es bald möglich ist, sich seine eigenen interaktiven Kleidungsstücke zu designen, die dann auf Bestellung produziert werden.

Soft Computing

Der Schritt von Accessoires zu intelligenter Kleidung scheint mit Blick auf die Anwendungen konsequent: Schließlich werden Wearables in erster Linie dazu eingesetzt, das Verhalten ihrer Träger zu messen. Körperdaten wie Pulsschlag oder Temperatur lassen sich natürlich noch besser messen, wenn die Sensoren direkt in die Kleidung eingearbeitet sind.

Weniger beachtet wird dabei noch die Neuerung, die durch das textile Material selbst ins Spiel kommt. Textil ist ein weiches Material, und nicht umsonst wird es auch im Forschungsbereich des "soft computing", also der weichen Benutzerschnittstellen, verortet. Man kann seinen Computer also jetzt nicht nur am Körper tragen, sondern auch falten, knüllen, strecken und knoten!

Was der Touchscreen für die Mobiltelefone war, könnte das Soft Computing für die Wearables sein, nämlich ein Paradigmenwechsel im Umgang mit der Digitaltechnologie. Zwar spielt die Interaktion mit dem Stoff bei vielen Anwendungen der intelligenten Kleidung noch keine Rolle, weil sie Sensordaten erheben. Doch gerade im Textil-, Mode- und Interaktionsdesign steht der Umgang mit dem Material im Vordergrund.

Und es ist höchste Zeit, die Druckknöpfe und Wischfelder, die das Wearable Computing von den Mobilgeräten übernommen hat, durch eigene Elemente zu ersetzen. Genug Möglichkeiten gibt es an der Kleidung schon, wo jede Lasche, Tasche und Knopfleiste zum Eingabeelement umfunktioniert werden könnte.

Elektronische Textilien im Alltag

Wenn man sich intelligente Kleidungsstücke im alltäglichen Leben vorstellt, liegt natürlich die Frage nahe, wie ein smarter Pullover die nächste Wäsche übersteht. Zu Recht, denn noch ist die Waschmaschine eine der größeren Herausforderungen für textile Wearables, denn die leitenden Materialien wie Kupfer, Silber oder Zinn halten der aggressiven Mischung aus Wasser, Seifenlauge, Hitze und mechanischer Beanspruchung häufig nicht lange stand. Zumindest aber oxidieren sie, ähnlich wie das Erbsilber in der Besteckschublade, und verlieren so nach und nach ihre Leitfähigkeit. Ähnlich sensibel reagieren die Materialien auf Schweiß.

Auf dem Weg aus dem Labor in die Modeboutiquen gibt es also noch praktische Fragen zu klären: Wie kann ich mein Wearable waschen? An wen wende ich mich, wenn es mal kaputt ist? Und gehört es am Ende seines Produktlebens in die Altkleidersammlung oder in den Elektroschrott?

Solche praktischen Fragen hängen eng mit dem Design der Wearables zusammen. Sowohl für die Waschmaschine als auch für die Entsorgung ist es günstig, wenn sich die empfindlichen elektronischen Komponenten einfach vom Textil trennen und sicher wieder einsetzen lassen.

Vorerst werden intelligente Textilien also eher mit dem edlen Kaschmirpullover als mit dem Niedrigpreis-T-Shirt vom Wühltisch vergleichbar sein, sowohl was den Preis als auch die Pflege betrifft.

Ausblick

Elektronische Textilien stellen eine faszinierende neue Technologie dar, durch die Wearables zu Kleidung und Mode werden. Althergebrachte Produktionstechnologien aus der Textilbranche erscheinen durch e-Textiles in neuem Licht, als Herstellungsverfahren für digitale Interfaces.

Die smarte Kleidung ist nicht nur komfortabel zu tragen. Weiche Interfaces stellen eine Neuerung dar, die vergleichbar ist mit der Erfindung der Computermaus oder der Einführung von Touchscreens für Smartphones. Damit aus den Prototypen in der Forschung nun auch Produkte werden, die auch den Alltagsbelastungen standhalten, müssen noch praktische Herausforderungen gut gelöst werden.

Doch die Vorstellung, dass wir bald ganz selbstverständlich textile Sensoren in unserer Kleidung tragen, ist nicht mehr weit von der Wirklichkeit entfernt. (Macwelt)