Auf dem Weg zur Smarten Mode

Achim Scharf

Sensoren zur Überwachung der Körperfunktionen oder integrierte Unterhaltung, das sind erste mögliche Anwendungen für "Smarte Bekleidung". Aktuelle Studien der Venture Development Corporation (VDC) gehen für das Jahr 2003 von einem weltweiten Markt in der Größenordnung 300 Millionen Dollar aus, der bis 2008 auf 520 Millionen Dollar steigen soll, eingerechnet allerdings auch militärische Textilien.

"Nach der Erfindung des Transistors im Jahr 1947 und des Handys vor zwölf Jahren ist die in Bekleidung integrierte Elektronik nun der Ultimative Kick", so Werner Weber, Entwicklungschef bei Infineon Technologies in München.

Schon seit Jahren wird versucht, PCs und andere elektronische Geräte so zu konzipieren, dass man sie ganz einfach am Körper tragen und benutzen kann. Sprach man vor noch nicht allzu langer Zeit nur von "Wearable Computers" und verstand damit eine neue Generation portabler Rechner, die am Körper getragen, bzw. am Handgelenk, am Gürtel, in einem Rucksack oder auch in Kleidungstücke eingebaut werden können, so zeigt die laufende Entwicklung, dass man heute schon einen ganz entscheidenden Schritt weiter ist.

Denn unter "Wearable Electronics" oder auch "Smart Textiles" (intelligente Textilien) versteht man nicht nur den Einbau von miniaturisierten Endgeräten, sondern die vollständige Integration elektronischer Komponenten mit geringster Leistungsaufnahme direkt in das textile Gewebe. Die Grundlagentechnologie, mit der Chips und sehr kleine Sensoren in speziellen Gehäusen auf die textilen Gewebe aufgebracht werden können, während in den Stoff eingewebte feine Leiterbahnen für die elektrischen Verbindungen sorgen, wurde eben von der Münchener Infineon Technologies entwickelt.

Mögliche Anwendungen sieht Weber derzeit in der Biometrie (Überwachung der Körperfunktionen), Satellitennavigation per GPS (Positionserkennung des Trägers) oder der Unterhaltung (MP3-Player).

Leitfähige Stoffe und bügelbare Kontaktfelder haben auch hohes Potenzial in der medizinischen Technik. Der große Vorteil dabei ist, dass man die Patienten nicht mehr verkabeln muss. Sensor und Energieversorgung in einem Textilpflaster würden dem Pflegepersonal die Arbeit um einiges leichter machen; die Patienten wären weniger an Apparaturen gefesselt. Ein Arzt oder eine Einsatzstelle könnten alle wichtigen Messwerte aus der Ferne überwachen.

Ideen und Visionen gibt es viele, um insbesondere Kranken, Leistungssportlern, Senioren und Eltern den Alltag zu erleichtern: Sturz-Sensoren in Kombination mit dem GSM-Netz oder Bluetooth könnten Alarm schlagen und eine Einsatzstelle benachrichtigen, wenn hilfsbedürftige Personen auf der Straße oder im Haushalt verunglücken. Für ältere Menschen würde das ein Stück mehr Unabhängigkeit und Selbständigkeit bedeuten. Und ein kombinierter GSM/GPS-Chip im Anorak ermöglicht es besorgten Eltern auch, den Aufenthaltsort ihrer Kinder zu orten.

Leiterbahnen im Stoff

Während die Chips und Sensoren auf die Textilien aufgebracht werden, sorgen in den Stoff eingewebte feine Leiterbahnen für die elektrischen Verbindungen. Sie sind mehrfach parallel ausgeführt und somit auch bei Bruch eines Leiters funktionsfähig. Ein Audio-Chip als Applikation beispielsweise kann dabei direkt mit Mikrofonen, Kopfhörern, Speichern, Tastaturen, Displays, Sensoren und Aktoren verbunden werden. Das von Infineon entwickelte Audio-Modul integriert einen MP3-Player, sprecherunabhängige Spracherkennung, Text/Sprach-Umsetzung sowie Musiksynthesizer.

Das Batterie- und MMC-Modul wiegt rund 50 Gramm und beinhaltet eine Li-Ionen-Polymer-Batterie für einen mehrstündigen Betrieb, sie wird mit einem einfachen Stecker an der Kleidung befestigt. Die MMC bietet eine Kapazität von 64 Megabyte für digitale Audio-Daten. Das Modul kann einfach entnommen und per PC mit Daten versorgt werden. Die MMC ist auch mit digitalen Kameras, PDAs oder mobilen Telefonen nutzbar.

Die flache Tastatur wird aus metallisierten Folien auf einem leitenden Gewebeband realisiert. Die Metallfolien sind mit einem Kleber befestigt, wie er in der Kleidungsindustrie auch benutzt wird. Ein winziges Sensor-Modul ist mit den Metallfolien verbunden und registriert die Betätigung der Pads. Das Kopfhörer/Mikrofon-Set ist ebenfalls über das Gewebeband mit dem Audio-Modul verbunden.

"Die Technologie muss die Nähe zur Mode suchen und sie muss klein, leicht, anschmiegsam sowie preiswert sein", meint Sieglinde Zisler, Leiterin der Deutschen Meisterschule für Mode in München, wo bereits einige Modelle mit integrierter Elektronik entworfen wurden. Außerdem müsse die Textilindustrie neue Absatzkanäle suchen, denn die Märkte seien gesättigt und nur durch neue Funktionen zu beleben. "Und so lange das Kleidungsstück lebt und damit auch gewaschen wird, muss auch die Technik leben."

Damit hat Weber keine Schwierigkeiten. "Wir haben mit unseren Halbleitern im Automobil bewiesen, dass wir Temperaturen von vielen Minusgraden bis hin zu knapp zweihundert Grad sowie aggressive Medien beherrschen", stellt er mit Blick auf den Lebenslauf einer Textilie auch durch die Waschmaschinen fest.

Stromversorgung durch Körperwärme

Wesentliches Kriterium für die Integration von Elektronik in "smarten" Textilien ist eine sehr geringe Leistungsaufnahme, ein ausgefeiltes Power-Management und eine neuartige Stromversorgung. Ein Thermogenerator könnte die Körperwärme zur Stromversorgung elektronischer Komponenten nutzen. Ziel dieses Ansatzes sind letztendlich Bekleidungs-Applikationen ohne Batterie.

Infineon hat dafür einen Thermogenerator-Chip entwickelt, der eine Ausgangsleistung von einigen Mikrowatt pro Quadratzentimeter erreicht. Unter moderaten Umgebungsbedingungen können Temperaturunterschiede von mindestes 5 Grad C zwischen der Kleidung und der Hautoberfläche auftreten. Damit kann der Chip unter Last mehr als ein Mikrowatt und eine Spannung von 5 Volt bereitstellen, ausreichend für den Betrieb von speziellen medizinischen Sensoren oder Mikroelektronik-Chips. "So könnten Puls, Herzschlag oder Körpertemperatur überwacht und zur Anzeige drahtlos an eine Armbanduhr übertragen werden. Auch eine Anwendung mit modernen Hörgeräten ist denkbar, wobei der relativ hohe Kostenaufwand für die Batterien reduziert werden könnte", erläutert Weber.

Und mit my-d hat das Unternehmen einen Chip für Smart Label-Anwendungen entwickelt, der ebenfalls in Geweben integriert werden kann. Smart Label bestehen aus Mikrochips für die Speicherung von Informationen und einer integrierten Antenne, über die Informationen drahtlos ohne eigene Stromversorgung mit einem Sender ausgetauscht werden können. Mögliche Einsatzgebiete für diese Technik sind Großwäschereien und Verleihfirmen für Arbeitsbekleidung. Anwendungen wie die intelligente Waschmaschine rücken damit in greifbare Nähe. Auf dem Chip gespeicherte Pflegeinformationen für Textilien werden von der Waschmaschine erkannt und erlauben eine Kontrolle darüber, ob das gewählte Programm für alle in der Trommel befindlichen Stücke geeignet ist. "Unangenehme Überraschungen wie eine verfärbte Ladung weißer Wäsche gehören dann der Vergangenheit an", prognostiziert Weber.

Snowboard-Jacke & "Rasende Reporterin"

Anfang des Jahres haben Infineon Technologies und O'Neill Europe das Ergebnis einer gemeinsamen Produktentwicklung vorgestellt: ein Chipmodul zur Integration in eine Snowboard-Jacke. Als Clou werden erstmals Funktionen wie "Mobil telefonieren per Bluetooth" und "MP3-Player" integraler Bestandteil der Kleidung. Die Elektronik ist den rauen Bedingungen des Snowboardens angepasst. "Mit diesem Produkt tragen die vorbereitenden Arbeiten zur vollständigen Integration elektronischer Funktionen in Bekleidung erste Früchte", so Dieter May, zuständig für Strategie und Emerging Businesses bei Infineon.

In die Snowboard-Jacke "THE HUB" wurden elektrisch leitfähige Stoffbahnen eingenäht, über die das Chipmodul mit einer Stofftastatur und den im Helm integrierten Lautsprechern verbunden sind. Das Chipmodul enthält einen MP3-Player und ein Bluetooth-Modul, über das ein Mobiltelefon angesteuert werden kann. Möchte der Snowboard-Fahrer telefonieren, wird die Stereoanlage zum Headset. Das Mikrofon ist in den Kragen der Jacke integriert.

Auch das Berliner Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) beschäftigt sich intensiv mit Wearable Electronics und hat einige Designstudien erstellt. Besonders interessant ist das Konzept der "Rasenden Reporterin". Ein Head Mounted Display an der Brille erlaubt es der Reporterin, Interviews zu führen und parallel Dokumente abzurufen. An einem zweiten Modell wurde - für eine Reporterin nahe liegend - eine Kamera an der Brille angebracht. Sobald diese Systeme komplexer werden, entsteht zwangsläufig ein Energieproblem. Schuhe mit hohen Absätzen eignen sich gut zur Unterbringung von zusätzlichen Akkus. Eine andere Möglichkeit der Energieversorgung bietet die Integration von Solarzellen. Das IZM hat hierfür Solarzellen entwickelt, die durch ihre Verkapselung flexibel werden und sich an die Schulter anschmiegen. Die Entwicklung flexibler Solarzellen gestaltet sich äußerst schwierig. Deshalb wurden die Zellen in kleine Segmente unterteilt und in ein flexibles Substrat eingebracht, so dass ein flexibles Gesamtverhalten entsteht. Im Modell "Rasende Reporterin" laden die Zellen einen im Rock untergebrachten ultra-flachen Folien-Akkumulator auf.

Magic Carpet Walk

Gemeinsam mit den Teppichwerken Vorwerk in Hameln wird derzeit an einem Prototyp eines "Intelligenten Teppichs" gearbeitet. Das Konzept zur Integration von Mikroelektronik in textile Flächen, bei dem Bodenbeläge ein sich selbst organisierendes Netzwerk von robusten Chips enthalten, verfügt über Sensorfunktionen zur Überwachung von Druck, Temperatur oder Vibration. Damit könnten die intelligenten Stoffe als Bewegungs- oder Feuermelder dienen oder Klima- und Alarmanlagen steuern. Daneben machen eingewobene Leuchtdioden die Textilien zum flexiblen Wegweiser oder Werbeträger. Die Technologie ist damit optimal für individuelle Bodenlösungen im Klein- und Großobjektgeschäft geeignet, wie sie die Vorwerk Teppichwerke anbieten.

Johannes Schulte, Vorsitzender der Geschäftsführung der Vorwerk Teppichwerke, sieht die Kooperation ebenfalls positiv: "Wir gehen mit dieser Partnerschaft völlig neue Wege in der Teppichindustrie. Innovation hat bei Vorwerk Tradition. Seit jeher ist es unsere Stärke, sich wandelnde Kundenbedürfnisse und Marktveränderungen vorauszusehen oder schnell darauf zu reagieren. Wir sind davon überzeugt, dass die Integration von Mikroelektronik in Textilien ein weiterer bedeutender Schritt in dieser Richtung sein wird."

http://www.infoneon.de
http://www.oneilleurope.com
http://www.izm.fraunhofer.de
http://www.vorwerk-teppich.de