Mehr als Daten erfassen 08.06.2021, 07:00 Uhr

Denkende T-Shirts: Das leisten Wearables der nächsten Generation

MIT-Forscher haben erstmals Fasern entwickelt, die – in Textilien eingenäht – nicht nur Aktivitäten von Anwendern erfassen. Mit künstlicher Intelligenz werten sie Daten aus und speichern Informationen direkt im System: eine Technologie für Wearables der Zukunft.

Werables mit neuen Funktionen

Nahaufnahme der digitalen Fasern für Wearables auf grünem Stoff.

Foto: Anna Gitelson-Kahn/Roni Cnaani, MIT

Bei Sportlern, aber auch bei Ärzten, gewinnt das Werable Computing seit Jahren an Bedeutung. Anwender tragen Sensoren am Körper, etwa als Bestandteil von Kleidungsstücken. Diese Wearables senden Daten an externe Systeme zur Auswertung, beispielsweise an eine Smartwatch oder an ein Smartphone. Bisher waren elektronische Fasern analog. Sie übertrugen ein kontinuierliches elektrisches Signal.

Ingenieure am Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, gehen einen großen Schritt weiter. Sie zeigen jetzt, dass programmierbare Fasern zu Werables mit neuen, innovativen Leistungen führen. Ihre digitale Faser enthält erstmals einen Speicher, Temperatursensoren und ein trainiertes neuronales Netzwerkprogramm, das Analysen körperlicher Aktivitäten ermöglicht. Entwickler wollen verborgene Muster im menschlichen Körper aufdecken, um die Leistung von Sportlern zu verbessern oder um Krankheiten zu erkennen, weit bevor Symptome auftreten. Ihr Signal ist digital; es gibt nur zwei Zustände, nämlich „0“ und „1“.

Samsung Galaxy Watch 3: Völlig neue Funktionen für ein gesundes Leben

Digitale Fasern für Wearables herstellen 

Die neue Faser besteht aus hunderten quadratischer, kleiner, digitaler Siliziumchips. Alle Bauteile werden in eine Vorform gelegt, mit der sich Polymerfasern herstellen lassen. Durch die präzise Steuerung der Zugabe an flüssigem Polymer gelang es den MIT-Ingenieuren, eine Faser mit kontinuierlicher elektrischer Verbindung zwischen den Chips über eine Länge von mehreren zehn Metern herstellen.

Stellenangebote im Bereich Elektrotechnik, Elektronik

Elektrotechnik, Elektronik Jobs
seleon GmbH-Firmenlogo
Entwickler Mechanik / Konstruktion (m/w/d) seleon GmbH
Dessau-Roßlau Zum Job 
Stadtwerke Potsdam GmbH-Firmenlogo
Experte (m/w/d) Energieinfrastruktur und Bauprojekte - Planung und Realisierung - Stadtwerke Potsdam GmbH
Potsdam Zum Job 
Netzgesellschaft Potsdam GmbH-Firmenlogo
Projektleiter (m/w/d) Sonderbauvorhaben Umspannwerke | Hochspannungsfreileitungen Netzgesellschaft Potsdam GmbH
Potsdam Zum Job 
BG ETEM-Firmenlogo
Ingenieur/-in (m/w/d) für den Außendienst als Aufsichtsperson BG ETEM
Kassel, nördliches Hessen Zum Job 
VSE Verteilnetz GmbH-Firmenlogo
Technischer Sachbearbeiter Sekundärtechnik-Ausführung Schutz- und Leittechnik (m/w/d) VSE Verteilnetz GmbH
Saarwellingen Zum Job 
BG ETEM-Firmenlogo
Ingenieur/-in (m/w/d) für den Außendienst als Aufsichtsperson BG ETEM
Singen, Konstanz Zum Job 
ONTRAS Gastransport GmbH-Firmenlogo
Projektmanager für Wasserstoff (m/w/d) ONTRAS Gastransport GmbH
Leipzig Zum Job 
Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR)-Firmenlogo
Technische Referentin/Technischer Referent (w/m/d) für technische Gebäudeausrüstung Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung (BBR)
TROESTER GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) - Fachrichtung Elektrotechnik/SPS TROESTER GmbH & Co. KG
Hannover Zum Job 
Netz Leipzig GmbH-Firmenlogo
Teamleitung (m/w/d) Leitstelle Strom Netz Leipzig GmbH
Leipzig Zum Job 
TROESTER GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) - Fachrichtung Elektrotechnik/SPS TROESTER GmbH & Co. KG
Hannover Zum Job 
TROESTER GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur / Techniker (m/w/d) - Fachrichtung Elektrotechnik/SPS TROESTER GmbH & Co. KG
Hannover Zum Job 
Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Campus Nord-Firmenlogo
Referentin / Referent im Patentwesen (w/m/d) Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Campus Nord
Eggenstein-Leopoldshafen Zum Job 
HUESKER Synthetic GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/d) HUESKER Synthetic GmbH
Gescher Zum Job 
Bundesanstalt für Immobilienaufgaben-Firmenlogo
Elektroingenieurin / Elektroingenieur (Betriebsmanagerin / Betriebsmanager) (w/m/d) Bundesanstalt für Immobilienaufgaben
Braunschweig Zum Job 
Bürkert Fluid Control Systems-Firmenlogo
Servicetechniker (m/w/d) im Außendienst Bürkert Fluid Control Systems
Hannover Zum Job 
Dekra Automobil GmbH-Firmenlogo
Ingenieur Elektrotechnik als Sachverständiger Prüfung elektrische Anlagen (m/w/d) Dekra Automobil GmbH
deutschlandweit Zum Job 
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY-Firmenlogo
Elektronikerin (w/m/d) für Niederspannungsschaltanlagen Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Hamburg Zum Job 
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY-Firmenlogo
Ingenieurin (w/m/d) der elektrischen Energietechnik Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Hamburg Zum Job 
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY-Firmenlogo
Ingenieurin (w/m/d) für Automatisierungstechnik Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Hamburg Zum Job 

Dieser Hightech-Faden erwies sich bei Tests als dünn und flexibel. Er konnte ohne Probleme durch eine Nadel gezogen und danach normal zu Textilien verarbeitet werden. „Wenn man ihn in ein Hemd steckt, spürt man den Faden überhaupt nicht; man würde nicht wissen, dass er da ist“, erzählt Gabriel Loke. Als Doktorand am MIT ist er am Projekt beteiligt. Loke verweist auch auf die Möglichkeit, solche Gewebe normal zu waschen. Nach aktuellem Kenntnisstand überleben es die Gewebe, mindestens zehnmal gewaschen werden, ohne Schaden zu nehmen. Die Experimente wurden zusammen mit Textilwissenschaftlern der Rhode Island School of Design durchgeführt.

Innovative Wearables erfassen nicht nur Daten…

Dadurch eröffneten sich neue Möglichkeiten, und einige bekannte Probleme von Funktionsfasern würden gelöst, sagt Loke. Als Beispiele nennt er die Option, einzelne Elemente innerhalb von Fasern gezielt anzusteuern. Zusammen mit Kollegen hat er eine digitale Adressierungsmethode entwickelt, die es erlaubt, die Funktionalität eines Elements zu aktivieren, ohne alle Elemente einzuschalten. Damit nicht genug: Jede digitale Faser kann auch Daten vor Ort ablegen. Forscher waren in der Lage, Informationen auf die Faser zu schreiben, zu speichern und zu lesen, einschließlich einer 767 Kilobit großen Vollfarb-Kurzfilmdatei und einer 0,48 Megabyte großen Musikdatei. Die Dateien lassen sich zwei Monate lang ohne Strom speichern.

Das können in der Praxis recht naheliegend unterschiedliche Vitalparameter sein. Zusammen mit Kollegen entwickelte Loke aber auch einige – wie er selbst schreibt – „verrückte Ideen“. Die Hightech-Fasern könnten beispielsweise Musik aufnehmen und als Audiodatei speichern. Geht es um Aspekte der Nachhaltigkeit, eignen sich solche Materialien, um die Geschichte ihrer Entstehung direkt zu dokumentieren.

Künstliche Intelligenz: Forscher schützen Patienten mit einer genialen Idee

Wearables können auch KI

Mit ihren Fasern wagen sich die MIT-Ingenieure aber auch auf das weite Feld der künstlichen Intelligenz (KI) vor. Innerhalb des Datenspeichers aus einzelnen Fasern entstand ein neuronales Netzwerk mit 1.650 Verbindungen. Die Faser wird durch ein kleines externes Gerät gesteuert.

Wie lässt sich dieses Prinzip praktisch nutzen? Für ein Experiment stellten Experten der Rhode Island School of Design mehrere Hemden mit Fasern im Achselbereich her. Anschließend trugen freiwillige Probenden die Funktionskleidung bei verschiedenen körperlichen Aktivitäten. Das System erfasste und speicherte wie geplant 270 Minuten lang Daten zur Körperoberflächentemperatur einer Person. Anschließend gelang es ihnen per KI, Zusammenhänge mit unterschiedlichen Bewegungsmustern herzustellen. Anhand dieser Daten konnte die Faser mit einer Genauigkeit von 96% feststellen, welcher Aktivität die Person, die das Shirt trug, nachging.

Perspektiven für die Anwendung

Momentan handelte es sich nur um ein Pilotprojekt. Je nach Art der verwendeten KI könnten digitale Fasern unterschiedliche Vitalparameter erfassen. Diese Big Data seien optimal für Algorithmen aus dem Bereich des maschinellen Lernens, erklärt Loke. „Diese Art von Gewebe könnte Quantität und Qualität von Open-Source-Daten liefern, um neue Muster in Körperdaten zu entdecken.“ Das können beispielsweise Veränderungen der Atmung, der Herzfrequenz beziehungsweise der Muskelaktivität sein. Änderungen erkennt man in Echtzeit – weit bevor Patienten körperliche Beschwerden haben.

Mehr zum Thema Wearables, smarte Technologien:

Ein Beitrag von:

  • Michael van den Heuvel

    Michael van den Heuvel hat Chemie studiert. Unter anderem arbeitet er für Medscape, DocCheck, für die Universität München und für pharmazeutische Fachmagazine. Seit 2017 ist er selbstständiger Journalist und Gesellschafter von Content Qualitäten. Seine Themen: Chemie/physikalische Chemie, Energie, Umwelt, KI, Medizin/Medizintechnik.

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.