US-Army-Major Mathew Hefner, Kommandant der Musk Ox II-Mission in der Arktis, trainiert in Norwegen mit einer Glasfaser-Computer-Basisschicht, die ihm Echtzeitinformationen zu seinem Gesundheitszustand und seiner Aktivität liefert. (Bild: US Army Cold Regions Research and Engineering Lab)
Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen bedeutenden Fortschritt in der tragbaren Elektronik erzielt: Sie haben einen programmierbaren Computer in Form einer elastischen Glasfaser entwickelt, die in Kleidung eingearbeitet werden kann. Diese "Fasercomputer" können Gesundheitsdaten erfassen, analysieren und über Bluetooth in Echtzeit weitergeben. Der Durchbruch ermöglicht eine kontinuierliche und umfassendere Gesundheitsüberwachung als herkömmliche Wearables.
So funktioniert der Computer in der Faser
Bei dem Fasercomputer wurden Hunderte von winzigen quadratischen Mikrochips aus Silizium in eine Polymervorform eingebettet, um die Faser herzustellen. Durch die Steuerung des Polymerflusses während der Herstellung konnte das Team eine kontinuierliche elektrische Verbindung zwischen den Mikrochips in einer Faser von mehreren zehn Metern Länge sicherstellen.
Der Glasfasercomputer kombiniert alle essenziellen Komponenten eines Computers:
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Sensoren zur Messung physiologischer Parameter,
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einen Mikrocontroller zur Datenverarbeitung,
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digitalen Speicher,
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Bluetooth-Module für drahtlose Kommunikation und
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eine Batterie zur Energieversorgung.
Mithilfe einer speziellen Fertigungstechnik wurde eine flexible und maschinenwaschbare Struktur geschaffen, die sich kaum von herkömmlichen Stoffen unterscheidet. Durch den Einsatz eines thermoplastischen Elastomers bleibt die Faser biegsam und widerstandsfähig, mit einer Dehnbarkeit von bis zu 60 %.
Als Beweis für das Prinzip speicherte das Entwickler-Team eine 767 Kilobit große Kurzfilmdatei und eine 0,48 Megabyte große Musikdatei in der Faser.
Maschinelles Lernen zur Bewegungsanalyse
Die Forscher testeten den Fasercomputer in Oberteilen und Leggings. Jede Faser war mit einem unabhängig programmierbaren maschinellen Lernmodell ausgestattet, das die Bewegung des Trägers analysierte. Die ersten Tests zeigten eine Genauigkeit von 70 % bei der Identifikation von Übungen wie Kniebeugen oder Planks. Als mehrere Fasercomputer innerhalb eines Kleidungsstücks vernetzt wurden, stieg die Erkennungsgenauigkeit auf fast 95 %.
"Unser Körper sendet kontinuierlich physiologische Daten, die bisher ungenutzt bleiben. Mit dieser Technologie können wir sie erfassen und in wertvolle Erkenntnisse umwandeln", erklärt Prof. Yoel Fink, leitender Forscher am MIT.
Feldversuch in der Arktis
Die US Army und Navy testen die Technologie während einer Wintermission in der Arktis unter extremen Bedingungen. 1.000 Kilometer werden bei -40 Grad Fahrenheit zurückgelegt, während die Soldaten mit speziellen Merino-Unterhemden mit Fasercomputern ausgestattet sind. Diese sollen Echtzeitdaten über Körpertemperatur und Gesundheitszustand liefern, um Kälteschäden zu verhindern.
"Bestehende Systeme liefern kein vollständiges Bild der Körperreaktionen in extremer Kälte. Mit dieser Technologie können wir Verletzungen besser vorhersagen und vermeiden", sagt Major Mathew Hefner von der US Army.
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Zukunftsperspektiven: Kleidung als smarte Schnittstelle
Die Integration von Mikroelektronik in textile Fasern stellt eine neue Ära der tragbaren Technologie dar. Neben Gesundheitsüberwachung und Leistungsoptimierung könnte die Technologie künftig auch im Alltag eingesetzt werden, etwa für Aufgaben der Arbeitssicherheit in Lagern und der Fertigung.
