Die erstaunlichen Möglichkeiten von Metamaterial- Textilien

Die erstaunlichen Möglichkeiten von Metamaterial- Textilien

Singapore, 21.7.2019

Bisher haben sich tragbare Sensoren und andere intelligente Geräte auf Bluetooth oder Wi-Fi-Kommunikation mit dem Smartphone des Benutzers verlassen, um Daten zu senden und zu empfangen. Da tragbare Geräte jedoch an Zahl und Komplexität zunehmen, untersuchen die Forscher andere Verbindungsmethoden.

Forscher der National University of Singapore (NUS) haben eine neue Art der Verbindung von tragbaren Geräten entwickelt. Sie integrierten leitfähige Textilien in die Kleidung, um mehrere tragbare Geräte gleichzeitig dynamisch zu verbinden. Dieses drahtlose Körpersensornetzwerk“ ermöglicht es Geräten, Daten mit 1.000 mal stärkeren Signalen als herkömmliche Technologien zu übertragen, was die Akkulaufzeit der Geräte verbessert. Drahtlose Netzwerke dieser tragbaren Geräte am Körper haben zukünftige Anwendungen in der Gesundheitsüberwachung, medizinischen Eingriffen und Mensch-Maschine-Schnittstellen. Dieser technologische Durchbruch wurde am 17. Juni in Nature Electronics veröffentlicht.

NUS Assistant Professor John Ho und sein Team vom Institute for Health Innovation & Technology (NUS iHealthtech) und der NUS Faculty of Engineering wollten die Signale zwischen den Sensoren näher am Körper halten, um die Effizienz zu verbessern.

Ihre Lösung bestand darin, normale Kleidung mit leitfähigen Textilien, den sogenannten Metamaterialien, zu verbessern. Anstatt Wellen in den umgebenden Raum zu senden, sind diese Metamaterialien in der Lage, Oberflächenwellen“ zu erzeugen, die drahtlos auf der Kleidung um den Körper gleiten können. Dies hilft, die Energie des Signals zwischen den Geräten in der Nähe des Körpers zu halten und nicht in alle Richtungen zu verteilen. Daher verbraucht die tragbare Elektronik viel weniger Strom als normal, und die Geräte können viel schwächere Signale erkennen.

„Diese Innovation ermöglicht die perfekte Datenübertragung zwischen den Geräten bei einer um das 1.000-fache reduzierten Leistung. Oder alternativ könnten diese Metamaterial-Textilien das empfangene Signal um das 1.000fache erhöhen, was Ihnen bei gleicher Leistung dramatisch höhere Datenraten ermöglichen könnte“, sagte Ho in einer Erklärung. Tatsächlich ist das Signal zwischen den Geräten so stark, dass es möglich ist, die Energie drahtlos von einem Smartphone auf das Gerät selbst zu übertragen – und damit die Tür für batterielose tragbare Geräte zu öffnen.

Ein Vorteil dieser Methode ist nach Ansicht der Forscher, dass weder am Smartphone noch am Bluetooth-Gerät Änderungen vorgenommen werden müssen, da das Metamaterial mit jedem vorhandenen drahtlosen Gerät im geplanten Frequenzband arbeitet.

Sicherheit könnte ein weiterer Vorteil sein. Derzeit übertragen Funkwellen Signale mehrere Meter vom Träger des Geräts nach außen, was persönliche und sensible Informationen für potenzielle Lauscher anfällig macht. Durch die Beschränkung des drahtlosen Kommunikationssignals auf bis zu 10 Zentimeter vom Körper entfernt, haben Ho und sein Team ein Netzwerk geschaffen, das sicherer ist.

Das Team hat ein vorläufiges Patent für das Metamaterial-Textildesign, das einen kammartigen Streifen aus Metamaterial auf der Oberseite der Kleidung mit einer ungemusterten Leiterschicht darunter umfasst. Diese Streifen können dann auf der Kleidung in jedem Muster angeordnet werden, das notwendig ist, um alle Bereiche des Körpers zu verbinden. Das Metamaterial selbst kostet nur wenige Dollar pro Meter und kann problemlos in Rollen gekauft werden.

„Wir begannen mit einem bestimmten Metamaterial, das sowohl flach als auch für Oberflächenwellen geeignet war. Wir mussten die Struktur so umgestalten, dass sie mit den für Bluetooth und Wi-Fi verwendeten Frequenzen funktioniert, auch in der Nähe des menschlichen Körpers gut funktioniert und durch das Schneiden von Leittextilien in Massenproduktion hergestellt werden kann“, erklärte Ho.

Die intelligenten Textilien können mit minimalem Signalstärkeverlust gefaltet und gebogen werden, und die Leitstreifen können sogar geschnitten oder gerissen werden, ohne die drahtlosen Fähigkeiten zu beeinträchtigen. Die Kleidung kann auch gewaschen, getrocknet und gebügelt werden, wie normale Kleidung.

Die Forscher suchen nach potenziellen Partnern, um diese Technologie zu kommerzialisieren. In naher Zukunft hofft Ho, die „intelligenten“ Textilien als spezielle Sportbekleidung zu testen und für Krankenhauspatienten zur Überwachung von Leistung und Gesundheit.