Smart Fabrics: Die Zukunft von Mode und Energie

Ein Gerät, das Ihre Temperatur überwacht, Ihre Aktivitäten aufzeichnet oder es Ihnen ganz alleine gemütlich macht, ohne dass Sie eine externe Stromquelle benötigen.

Imagine clothing that monitors your temperature, tracks your activity, or keeps you cozy all by itself without needing an external power source.

Stellen Sie sich Kleidung vor, die Ihre Temperatur überwacht, Ihre Aktivitäten aufzeichnet oder Sie ganz alleine warm hält, ohne dass eine externe Stromquelle erforderlich ist.

Well, all this and more is fast becoming a reality thanks to all the research and development happening at the intersection of tech and clothing.

Nun, all dies und noch mehr wird dank all der Forschung und Entwicklung an der Schnittstelle von Technologie und Bekleidung schnell Realität.

Technological advancement has been transforming our lives by making our phones and home appliances smarter. Now, even our clothes are becoming smart, unlocking possibilities that pave the way for an exciting and more sustainable future.

Der technologische Fortschritt hat unser Leben verändert, indem er unsere Telefone und Haushaltsgeräte intelligenter gemacht hat. Jetzt wird sogar unsere Kleidung intelligent und eröffnet Möglichkeiten, die den Weg für eine aufregende und nachhaltigere Zukunft ebnen.

The global smart textile market is already valued at $4.1bln and is projected to rise to $24.5 bln by 2032. Interestingly, energy harvesting currently accounts for the largest share of this market, according to Markets and Markets.

Der globale Markt für intelligente Textilien hat bereits einen Wert von 4,1 Milliarden US-Dollar und soll bis 2032 auf 24,5 Milliarden US-Dollar anwachsen. Interessanterweise macht Energy Harvesting laut Markets and Markets derzeit den größten Anteil dieses Marktes aus.

Energy harvesting is converting ambient energy into electrical energy to power autonomous electronic devices. This energy can be harvested from various sources, including mechanical and thermal. To create energy-harvesting textiles, active materials are usually added to the textile's surface or woven or embroidered into it.

Beim Energy Harvesting wird Umgebungsenergie in elektrische Energie umgewandelt, um autonome elektronische Geräte anzutreiben. Diese Energie kann aus verschiedenen Quellen gewonnen werden, einschließlich mechanischer und thermischer. Bei der Herstellung energiegewinnender Textilien werden in der Regel aktive Materialien auf die Oberfläche des Textils aufgebracht oder darin eingewebt oder eingestickt.

Such smart fabrics can potentially be utilized as an alternative to batteries, which require recharging or periodic replacement because they contain only a finite amount of energy. In wearable textile applications, batteries tend to be rigid, bulky items that must be removed before washing and hence need improvement.

Solche intelligenten Stoffe können möglicherweise als Alternative zu Batterien eingesetzt werden, die aufgeladen oder regelmäßig ausgetauscht werden müssen, da sie nur eine begrenzte Energiemenge enthalten. Bei tragbaren Textilanwendungen handelt es sich bei Batterien in der Regel um starre, sperrige Gegenstände, die vor dem Waschen entfernt werden müssen und daher einer Verbesserung bedürfen.

While still at a relatively early stage, this sector is growing rapidly, driven by a combination of factors, including technology advances, design, consumer demand, miniaturization, and government policies.

Obwohl sich dieser Sektor noch in einem relativ frühen Stadium befindet, wächst er schnell, angetrieben durch eine Kombination von Faktoren, darunter technologische Fortschritte, Design, Verbrauchernachfrage, Miniaturisierung und staatliche Richtlinien.

Now, let's take a look into the exciting innovations in the sector and the literal power of the clothes that we wear!

Werfen wir nun einen Blick auf die aufregenden Innovationen in der Branche und die buchstäbliche Kraft der Kleidung, die wir tragen!

Smart Fabric to Convert Body Heat Into Electricity

Intelligentes Gewebe zur Umwandlung von Körperwärme in Elektrizität

One of the most recent and electrifying developments was made by researchers from the University of Waterloo in collaboration with a leading institution in textile science and engineering at Jiangnan University, who created a smart fabric that converts thermal energy from the body and sunlight into electrical power.

Eine der jüngsten und elektrisierendsten Entwicklungen wurde von Forschern der University of Waterloo in Zusammenarbeit mit einer führenden Institution für Textilwissenschaft und -technik an der Jiangnan University durchgeführt, die einen intelligenten Stoff entwickelten, der Wärmeenergie vom Körper und Sonnenlicht in elektrische Energie umwandelt.

This smart fabric has the capability to generate power, observe health metrics, and track physical activity. These sensors allow the fabric to detect temperature changes and monitor pressure, stress, and chemical composition.

Dieses intelligente Gewebe ist in der Lage, Strom zu erzeugen, Gesundheitswerte zu beobachten und körperliche Aktivität zu verfolgen. Diese Sensoren ermöglichen es dem Stoff, Temperaturänderungen zu erkennen und Druck, Spannung und chemische Zusammensetzung zu überwachen.

A promising application of this fabric is smart face masks that can track the temperature and rate of your breath as well as detect chemicals to help identify conditions like lung cancer and viruses. According to Yuning Li, director of the Printable Electronic Materials Lab at Waterloo and a professor in the Department of Chemical Engineering:

Eine vielversprechende Anwendung dieses Stoffes sind intelligente Gesichtsmasken, die die Temperatur und Geschwindigkeit Ihres Atems verfolgen sowie Chemikalien erkennen können, um Krankheiten wie Lungenkrebs und Viren zu erkennen. Laut Yuning Li, Direktor des Printable Electronic Materials Lab in Waterloo und Professor am Fachbereich Chemieingenieurwesen:

“We have developed a fabric material with multifunctional sensing capabilities and self-powering potential (that) brings us closer to practical applications for smart fabrics.”

„Wir haben ein Stoffmaterial mit multifunktionalen Sensorfunktionen und Selbstantriebspotenzial entwickelt, das uns praktischen Anwendungen für intelligente Stoffe näher bringt.“

The fabric designed by the team is flexible, MXene-based, thermoelectric, and can precisely determine strain stimuli and temperature. To achieve this, the team developed a layer of adhesive polydopamine (PDA) on the surface of the nylon fabric, which facilitated the MXene attachment through hydrogen bonding.

Das vom Team entworfene Gewebe ist flexibel, MXene-basiert, thermoelektrisch und kann Dehnungsreize und Temperatur präzise bestimmen. Um dies zu erreichen, entwickelte das Team eine Schicht aus klebendem Polydopamin (PDA) auf der Oberfläche des Nylongewebes, die die MXene-Anlagerung durch Wasserstoffbrückenbindung erleichtert.

MXene has been drawing a lot of attention for its rare combination of properties like layered structure, flexibility, large surface area, electric and metallic conductivity, biocompatibility, hydrophilicity, size tunability, and rich surface chemistry. The study noted:

MXene hat aufgrund seiner seltenen Kombination von Eigenschaften wie Schichtstruktur, Flexibilität, großer Oberfläche, elektrischer und metallischer Leitfähigkeit, Biokompatibilität, Hydrophilie, einstellbarer Größe und reichhaltiger Oberflächenchemie große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Studie stellte fest:

“The resultant MXene-based thermoelectric fabric exhibits outstanding temperature detection capability and cyclic stability while also delivering excellent sensitivity, rapid responsiveness (60 ms), and remarkable durability in strain sensing (3200 cycles).”

„Das resultierende thermoelektrische Gewebe auf MXene-Basis weist eine hervorragende Fähigkeit zur Temperaturerkennung und Zyklenstabilität auf und bietet gleichzeitig eine hervorragende Empfindlichkeit, schnelle Reaktionsfähigkeit (60 ms) und eine bemerkenswerte Haltbarkeit bei der Dehnungsmessung (3200 Zyklen).“

The novel fabric is not only more cost-effective, durable, and stable than other fabrics on the market, but unlike the current wearable devices that need frequent recharging, this one can operate without requiring an external source of power. This way, the research demonstrates the huge potential of integrating conductive polymers and MXene with modern fabric tech for the advancement of smart fabrics.

Der neuartige Stoff ist nicht nur kostengünstiger, langlebiger und stabiler als andere Stoffe auf dem Markt, sondern kann im Gegensatz zu den aktuellen tragbaren Geräten, die häufig aufgeladen werden müssen, auch ohne externe Stromquelle betrieben werden. Auf diese Weise zeigt die Forschung das enorme Potenzial der Integration leitfähiger Polymere und MXene mit moderner Stofftechnologie für die Weiterentwicklung intelligenter Stoffe.

Noting the various progress made in tech, including AI, which is evolving rapidly to offer advanced signal processing for health monitoring and the preservation of food and pharmaceuticals, Li argued that all these advancements rely on ‘comprehensive data collection, which traditional sensors—often cumbersome, expensive, and unwieldy—are unable to achieve.' This makes printed sensors, embedded in smart fabrics, ideal for continuous data collection and monitoring, Li added.

Li verwies auf die verschiedenen Fortschritte in der Technologie, einschließlich der KI, die sich schnell weiterentwickelt und fortschrittliche Signalverarbeitung für die Gesundheitsüberwachung und die Konservierung von Lebensmitteln und Arzneimitteln bietet, und argumentierte, dass alle diese Fortschritte auf „umfassender Datenerfassung“ beruhen, die bei herkömmlichen Sensoren oft umständlich ist , teuer und unhandlich – können nicht erreicht werden.' Dies mache gedruckte Sensoren, eingebettet in intelligente Stoffe, ideal für die kontinuierliche Datenerfassung und -überwachung, fügte Li hinzu.

While this innovative fabric marks significant progress in making these applications feasible, the researchers will now focus on further improving the fabric's capabilities and incorporating it with electronic systems. A smartphone app may also be part of this future development to track and transmit data from the fabric to healthcare professionals for real-time, non-invasive health monitoring.

Während dieses innovative Gewebe einen erheblichen Fortschritt bei der Machbarkeit dieser Anwendungen darstellt, werden sich die Forscher nun darauf konzentrieren, die Fähigkeiten des Gewebes weiter zu verbessern und es in elektronische Systeme zu integrieren. Eine Smartphone-App könnte ebenfalls Teil dieser zukünftigen Entwicklung sein, um Daten aus dem Gewebe zu verfolgen und an medizinisches Fachpersonal zu übertragen, um eine nicht-invasive Gesundheitsüberwachung in Echtzeit zu ermöglichen.

Pioneering Fabrics of the Future

Wegweisende Stoffe der Zukunft

Advancements in smart clothing have been happening rapidly for some time now. In 2016, researchers from the Georgia Institute of Technology in Atlanta created a micro-cable power fabric that could harvest energy from sunlight and motion.

Die Fortschritte bei intelligenter Kleidung machen schon seit einiger Zeit rasante Fortschritte. Im Jahr 2016 entwickelten Forscher des Georgia Institute of Technology in Atlanta ein Mikrokabel-Stromnetz, das Energie aus Sonnenlicht und Bewegung gewinnen könnte.

For this, the scientists weaved thread with thin, fiber-based solar cells and triboelectric nanogenerators. The resultant smart fabric had a 320 μm thick single layer and could be integrated into tents, curtains, and various clothes. The textile, as per the study, could directly

Dafür verwebten die Wissenschaftler Fäden mit dünnen, faserbasierten Solarzellen und triboelektrischen Nanogeneratoren. Der resultierende intelligente Stoff hatte eine 320 μm dicke Einzelschicht und konnte in Zelte, Vorhänge und verschiedene Kleidungsstücke integriert werden. Das Textil, so die Studie, könnte direkt