Textile Leadership

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Firefighter Foto Andrea auf Pixabay
20.09.2023

Intelligente Textilien als Schutz vor PAK-Giftstoffen

Fraunhofer IWS unterstützt Industriepartner bei der Entwicklung neuer Feuerwehrschutzanzüge.
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) gelten als gesundheitsschädlich, insbesondere auch als potenzielle Krebserreger. Entstehen können die molekularen Verbindungen aus Kohlen- und Wasserstoffatomen beispielsweise bei Hausbränden, wenn etwa Matratzen, Vorhänge, Holzbalken, Kunststoff oder andere Gegenstände aus organischen Materialien brennen.

Fraunhofer IWS unterstützt Industriepartner bei der Entwicklung neuer Feuerwehrschutzanzüge.
Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) gelten als gesundheitsschädlich, insbesondere auch als potenzielle Krebserreger. Entstehen können die molekularen Verbindungen aus Kohlen- und Wasserstoffatomen beispielsweise bei Hausbränden, wenn etwa Matratzen, Vorhänge, Holzbalken, Kunststoff oder andere Gegenstände aus organischen Materialien brennen.

Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe PAK gelangen über die Haut in den Körper und lagern sich im Fettgewebe ab. Weil die menschlichen Abwehrsysteme die ringförmigen Kohlenstoffverbindungen nicht kennen, baut der Körper diese Schadstoffe nicht ab – sie akkumulieren und konzentrieren sich. Dadurch steigt über die Jahre hinweg die Karzinom-Gefahr. Bei korrekt angelegter Schutzkleidung ist dieses Risiko laut Untersuchungen der »Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung« (DGUV) zwar begrenzt. Wenn Feuerwehrkräfte jedoch über Jahrzehnte im Einsatz sind, können kleine Unachtsamkeiten zu problematischen Belastungen führen.

Um die Feuerwehr vor diesen Risiken besser zu schützen, hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden gemeinsam mit Partnern aus der Wirtschaft die Basis für die Entwicklung neuartiger Anti-PAK-Schutzanzüge gelegt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben im Rahmen des Programms »Forschung für die zivile Sicherheit« bis Dezember 2023 mit 1,24 Millionen Euro.
 
Das innovative Schutzkonzept der neuen Anzüge umfasst High-Materialien und intelligente Überwachung: Moderne Vliese als zentraler Bestandteil der Schutzanzüge verhindern wirkungsvoll den Kontakt der Haut mit den Schadstoffen. In die Gewebe werden außerdem Ultraviolett-Sensoren integriert, die feststellen, wann der textile Schutzschild mit PAK gesättigt ist und ausgetauscht werden muss. Das bedeutet eine doppelte Sicherheit für das Rettungspersonal. Die ersten Feuerproben in Brandcontainern hat die neue Schutzkleidung bereits bestanden.

PAK-Anreicherung über ein ganzes Berufsleben hinweg erhöht Krebsrisiko
»Bei einem einzelnen Einsatz mögen es womöglich nur wenige Mikrogramm PAK sein, die durch Öffnungen im Schutzanzug auf die Haut gelangen«, erklärt Felix Spranger, Gruppenleiter Gas- und Partikelfiltration am Fraunhofer IWS. »Das Gefährliche an den PAK besteht darin, dass sie sich bei Feuerwehrleuten über ein ganzes Berufsleben hinweg immer weiter im Körper anreichern können. Studien aus Deutschland und den USA belegen verstärkt auftretende Krebserkrankungen in dieser Berufsgruppe. Daher war es so wichtig, Lösungen zu finden, die neue technologische Ansätze wie intelligente Textilien einbeziehen.« Dafür hat sich das Fraunhofer IWS im Jahr 2020 mit vier weiteren Partnern zum Projekt »3D-Funktionsvliesstoffe mit integrierter Gassensorik für die Schutzbekleidung von Einsatzkräften« (3D-PAKtex) zusammengetan. Um Feuerwehrleute künftig vor den schädlichen PAK in Rauchgasen und Rußwirbeln in brennenden Häusern zu schützen, verfolgten die Verbundpartner ein zweigleisiges Konzept: Einerseits stand die Entwicklung von vliesbasierten neuen Filtern im Fokus, andererseits ein Sensorkonzept, um deren Funktionsfähigkeit zu überwachen.
 
Aktivkohle-Vliese filtern Ringmoleküle aus dem Rauchgas
Das Fraunhofer IWS identifizierte zunächst passende poröse Aktivkohlen, die PAK besonders gut binden. Diese Adsorbentien fixierte der Projektpartner Norafin mit speziellen Bindern in für Brandeinsätze optimierte Vliesstoffe. Die neuen Zusatzvliese integrierte der Partner S-GARD in einen Demonstrationsanzug: An Ärmelöffnungen, Bünden und anderen Stellen ergänzte der Hersteller kleine Verschlusstaschen, die per Druckknopf die neuen Zusatzfilter an jenen Punkten aufnehmen können, an denen die Rauchgase im ungünstigsten Falle trotz aller Isolierungen dennoch in den Schutzanzug gelangen könnten. Strömt dort Rauchgas vorbei, bindet das Vlies die Giftstoffe.

Zudem versah Projektpartner JLM Innovation die neuen Filtervliese mit eigens entwickelten Überwachungssensoren, die auf dem Prinzip der Fluoreszenz-Spektroskopie basieren. Diese Mini-Spektrometer senden Ultraviolettlicht einer genau definierten Wellenlänge aus. Treffen diese UV-Strahlen auf PAK, absorbieren die Ringmoleküle zunächst deren Energie und senden dann auf einer leicht veränderten Wellenlänge andere UV-Strahlen zurück. Die Sensoren messen das zurückgesandte Licht aus: Je intensiver es ist, umso höher ist die PAK-Konzentration im Vlies. Eine elektronische Kontrolleinheit in der Brusttasche der Feuerwehrkraft wertet diese Daten aus und sendet sie per Bluetooth-Funk an ein Smartphone. Die Entwicklung und Implementierung einer maßgeschneiderten Software übernahm ATS Elektronik. Damit können die Retter in Uniform in Echtzeit sehen, wie sich ihre PAK-Filter füllen und wann sie ausgetauscht werden müssen.

In Labortests haben die neuen Vlies-Aktivkohle-Filter die PAK-Last im Rauchgas bereits erheblich gesenkt. Daran schlossen sich praxisnahe Simulationen in Brandcontainern an: Erfahrene Tester streiften die Anzug-Prototypen über, zündeten in einem abgeschirmten Container zunächst Matratzen, dann Gummireifen und weitere Testobjekte an, um die neue Schutzkleidung in unterschiedlichen Brandszenarien auszuprobieren.

»Wir werden diese Befunde gründlich auswerten und weiter den Markt beobachten, um fundiert über eine mögliche Serienproduktion entscheiden zu können«, kündigte Jonas Kuschnir von S-GARD an. Freilich sei der neue Schutzansatz gegen PAK auch mit gewissen Mehrkosten verbunden, doch die Projektergebnisse seien vielversprechend.
 
Hohes Marktpotenzial für intelligente Textilien erwartet
Wie auch immer diese Entscheidung ausgehen wird, »3D-PAKtex« hat in jedem Fall zu einem erheblichen Expertise-Zugewinn der Verbundpartner geführt. Das Thema wird auch das Fraunhofer IWS weiter beschäftigen. Felix Spranger: »Wir sehen noch einige Ansätze, um beispielsweise die Sensoren und die Schnittstellen der neuen Schutztechnik weiter zu verbessern. Aus Rückmeldungen wissen wir, dass die Industriepartner noch großes Potenzial in derartigen smarten Textilien sehen, auch jenseits von Feuerwehrschutzkleidung.«

Das deckt sich auch mit den Befunden internationaler Beobachter. So gehen die Analysten des britischen Marktforschungs-Unternehmens »IDTechEx« davon aus, dass der Markt für elektronisch aufgewertete beziehungsweise »intelligente« Textilien bis 2033 auf umgerechnet rund 713 Millionen Euro wachsen wird. Zu erwarten seien jährliche Zuwachsraten von durchschnittlich 3,8 Prozent.

Projektpartner »3D-PAKtex«

  • Das Fraunhofer IWS bringt seine Expertise bei der Auswahl von Filtermaterialien und in der Analytik ein
  • Norafin Industries aus Mildenau im Erzgebirge stellt technische Textilien her
  • Die Hubert Schmitz GmbH (»S-GARD«) aus Heinsberg produziert Feuerwehr-Schutzkleidung
  • Der Sensorik in den intelligenten Textilien widmete sich die JLM Innovation GmbH aus Tübingen
  • Die benötigte Software entwickelt die ATS Elektronik aus Wunstorf
Quelle:

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

© DePoly
02.08.2023

“Closing the loop” beim PET-Recycling

DePoly, ein Spin-off der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), hat eine neue Recyclingmethode für Polyethylenterephthalat (PET) bei Raumtemperatur entwickelt - selbst wenn es verschmutzt oder mit anderen Kunststoffen vermischt ist. Das Unternehmen bestätigte die Machbarkeit seiner Technik mit einer Pilotanlage, die 50 Tonnen pro Jahr verarbeiten kann. Nachdem DePoly kürzlich 12,3 Millionen Franken eingeworben hat, baut es nun eine Pilotanlage mit der zehnfachen Kapazität.
 

DePoly, ein Spin-off der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), hat eine neue Recyclingmethode für Polyethylenterephthalat (PET) bei Raumtemperatur entwickelt - selbst wenn es verschmutzt oder mit anderen Kunststoffen vermischt ist. Das Unternehmen bestätigte die Machbarkeit seiner Technik mit einer Pilotanlage, die 50 Tonnen pro Jahr verarbeiten kann. Nachdem DePoly kürzlich 12,3 Millionen Franken eingeworben hat, baut es nun eine Pilotanlage mit der zehnfachen Kapazität.
 
PET ist als Kunststoff allgegenwärtig, er wird für Kleidung und Schuhe bis hin zu Flaschen und Verpackungen überall verwendet. Da er recycelbar ist, hat sich das Material einen guten Ruf als umweltfreundlich erworben. In der Schweiz werden jährlich 45.000 Tonnen PET-Flaschen hergestellt. Laut Swissrecycling werden jedoch rund 20 % nicht recycelt, da sie verschmutzt oder mit anderen Kunststoffen vermischt sind und deshalb verbrannt werden. Laut einer Studie, die im Auftrag der Umwelt-NGO Zero Waste Europe durchgeführt wurde, beträgt die weltweite PET-Recyclingquote weniger als 50 %, so dass die Schweiz in diesem Bereich immer noch sehr gut abschneidet.

Um die CO2-Bilanz von PET zu verbessern, hat DePoly ein Verfahren entwickelt, mit dem PET auch dann bei Raumtemperatur verarbeitet werden kann, wenn es verschmutzt oder eng mit anderen Fasern verwoben ist. Der Prototyp der Firma hat eine Kapazität von 50 Tonnen pro Jahr. Mit den 12,3 Millionen Franken, die sie vor wenigen Tagen erhalten hat, will sie nun eine Pilotanlage bauen. Mit dieser größeren Anlage, die 2024 in Betrieb gehen soll und eine Kapazität von 500 Tonnen pro Jahr haben wird, soll die Machbarkeit des DePoly-Verfahrens im großen Maßstab bewiesen werden.
 
Sortieren überflüssig  
Samantha Anderson, gebürtige Kanadierin und heute CEO von DePoly, zog 2015 in die Schweiz, um an der EPFL zu promovieren. Als sie zum ersten Mal ihr PET-Recyclingverfahren vorstellte, das sie im Labor für Molekulare Simulation (LMSO) der EPFL in Sion entwickelt hat, schien es verblüffend einfach: Kunststoffe aller Arten und Farben werden mechanisch zerkleinert und dann mit verschiedenen chemischen Verbindungen gemischt - die genaue Rezeptur ist ein streng gehütetes Geheimnis. Einige Stunden später bleiben alle Kunststoffe, die nicht aus PET bestehen, intakt und können für die weitere Verarbeitung aussortiert werden. Das PET wird in der Zwischenzeit in Terephthalsäure (ein Pulver) und Ethylenglykol (eine Flüssigkeit) aufgespalten, die zur Herstellung von neuem Material verwendet werden können. Das Verfahren fügt sich nahtlos in bestehende Recyclingprozesse ein und könnte auch auf andere Arten von Kunststoffen übertragen werden. „Da kein Erhitzen erforderlich ist, bleibt bei unserer Methode die Integrität anderer Materialien wie Baumwolle erhalten, die in Kleidung und anderen Artikeln oft mit PET gemischt wird“, so Anderson.

Nach ihrem Abschluss im Jahr 2019 entschloss sich Anderson, ihr Know-How zu nutzen, um „etwas Nützliches für die Gesellschaft zu tun". Zusammen mit den anderen Gründern von DePoly - Bardiya Valizadeh und Christopher Ireland - verbrachte sie Monate damit, verschiedene Formeln für ihr Verfahren zu testen. Der Durchbruch kam an einem späten Freitagabend, als sie zum ersten Mal sah, wie sich das PET vor ihren Augen zu zersetzen begann. Als sie am Montagmorgen ins Labor zurückkehrte, hatte es sich vollständig aufgelöst. Nun musste das Team nur noch die Formel verfeinern und die Dosierung anpassen, in der Hoffnung, dass ihre Methode auch für größere Mengen von PET funktionieren würde. Chemische Verfahren können einen großen Nachteil haben: Die Umweltverschmutzung, die sie verursachen, überwiegt oft den Nutzen. „Die Substanzen, die wir verwenden, sind frei verkäuflich und nicht für den Einmalgebrauch bestimmt“, sagt Anderson.

Das DePoly-Team wird nun mit dem Bau seiner ersten großen Pilotanlage im Wallis beginnen. Die Anlage wird verschmutztes und unsortiertes PET verarbeiten, das nicht über die üblichen Kanäle recycelt werden kann. Das Unternehmen scheint in der heimischen Startup-Szene für Aufsehen zu sorgen: 2019 gewann es für seine Technologie den renommierten >>venture>> Grand Prize und wurde drei Jahre in Folge als eines der 100 besten Schweizer Startups gelistet. Doch Anderson hat bereits den internationalen Markt im Visier.

Wäre es nicht besser, das Problem an der Wurzel zu packen und Plastik aus unserem Leben zu verbannen? „Ich bin die Erste, die zugibt, dass das die bessere Option ist“, sagt sie. „Aber bis dahin ist es noch ein weiter Weg. In der Zwischenzeit verbrennen wir jeden Tag tonnenweise PET, nur weil es leicht verschmutzt ist oder nicht richtig sortiert wurde.“

Weitere Informationen:
PET Recycling chemisches Recycling
Quelle:

Cécilia Carron, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)

(c) MycoWorks. Fotos von Guillem Cruells, Set Design von Adriano Escribano
28.07.2023

MycoWorks: Reishi™ für kommerzielle Produktion freigegeben

Am 20. Juli kündigte das Biomaterialtechnologie-Unternehmen MycoWorks drei Reishi™-Produkte an und präsentierte Leistungsdurchbrüche bei diesem revolutionären Material aus Fine Mycelium™.

Das 2013 gegründete MycoWorks feiert dieses Jahr sein zehnjähriges Bestehen mit der Einführung von Reishi Doux, Reishi Natural und Reishi Pebble. Jedes dieser Produkte übertrifft die von der Luxusindustrie geforderten Leistungsniveaus und verhält sich ähnlich wie einige Tierleder. Die Produkte werden demnächst in der weltweit ersten kommerziellen Fine Mycelium-Fabrik in Union, South Carolina, hergestellt.

Am 20. Juli kündigte das Biomaterialtechnologie-Unternehmen MycoWorks drei Reishi™-Produkte an und präsentierte Leistungsdurchbrüche bei diesem revolutionären Material aus Fine Mycelium™.

Das 2013 gegründete MycoWorks feiert dieses Jahr sein zehnjähriges Bestehen mit der Einführung von Reishi Doux, Reishi Natural und Reishi Pebble. Jedes dieser Produkte übertrifft die von der Luxusindustrie geforderten Leistungsniveaus und verhält sich ähnlich wie einige Tierleder. Die Produkte werden demnächst in der weltweit ersten kommerziellen Fine Mycelium-Fabrik in Union, South Carolina, hergestellt.

Unvergleichliche Qualität
„Dies ist ein Durchbruch für die Luxusindustrie", sagte Thibault Schockert, CEO der Luxuslederwarenfabrik Cuir du Vaudreuil. „Diese Verbesserung gibt uns die Möglichkeit, eine völlig neuartige Produktkategorie in unser Sortiment einzuführen", und bezieht sich dabei auf das neueste von MycoWorks produzierte Reishi™-Material, das neue Durchbrüche sowohl bei der Fine Mycelium-Fermentation als auch bei der Mycelium-Gerbung beinhaltet.

Die Fortschritte sind der Höhepunkt aus drei Jahrzehnten Pionierarbeit bei der Entwicklung von Mycel-Materialien, die in den 1990er Jahren mit den weltweit ersten Nachweisen der Strukturmerkmale von Mycel durch MycoWorks-Mitbegründer Phil Ross begann. Prototypen des lederähnlichen Materials Fine Mycelium™ von MycoWorks wurden erstmals 2016 vorgestellt und zeichneten sich durch Haltbarkeit und Weichheit, aber relativ geringe Zugfestigkeit aus. Nachdem über Jahre hinweg eine hohe Leistungsfähigkeit erreicht wurde, bringen die jüngsten Durchbrüche Reishi™ auf eine weitere Ebene der sensorischen und technischen Performance. Daten zu Reishi™, einschließlich Weichheit, Haltbarkeit, Flexibilität, Oberflächenhaftung, Reißfestigkeit, Abriebfestigkeit, Homogenität und mehr, sind unten aufgeführt; weitere Daten sind auf Anfrage erhältlich.
 
„Qualität auf dem Stand des Weltkulturerbes kann nur mit langfristigem Engagement für Entdeckungen erreicht werden, gepaart mit der Verpflichtung zu handwerklichem Können und der Weitergabe von Fachwissen“, so Patrick Thomas, Vorstandsmitglied von MycoWorks und ehemaliger CEO von Hermès. „Die Fine Mycelium™-Plattform von MycoWorks basiert auf diesen Prinzipien und verbindet handwerkliche Meisterschaft mit einem rigorosen Ansatz für Materialinnovationen auf flexible Weise.“
 
Fine Mycelium™ als Biomaterial, nicht nur als Komponente
„Die Stärke unserer einzigartigen Fine Mycelium™-Plattform zeigt sich in den neuen Leistungsniveaus, die wir in der ersten Hälfte dieses Jahres in Zusammenarbeit mit unseren europäischen Gerbereipartnern erreicht haben", sagte Bill Morris, MycoWorks VP of Product Management, "und unser aktuelles Produkt hat unsere Markenpartner überrascht und begeistert, die seine Entwicklung mitverfolgt haben. Unser neuestes Material hat nicht nur die für Fine Mycelium™ charakteristische natürliche Haptik, sondern bietet auch ein neues Maß an technischer Leistungsfähigkeit."

Zu den Markenpartnern von MycoWorks gehören u.a. Hermès, General Motors, Ligne Roset, Heron Preston, Nick Fouquet.

Mit den neuen Reishi™-Artikeln freuen sich MycoWorks und seine Markenpartner darauf, in die Vermarktung einzusteigen - mit einigen, wie Nick Fouquet und anderen neuen Styles und Produkten Made With Reishi™.

Die Fine Mycelium™-Plattform von MycoWorks ist leistungsstark in ihrer Anpassungsfähigkeit als echtes, gewachsenes Biomaterial - und nicht als zugesetzter Mycel-Bestandteil wie bei anderen „Pilzledern“. Das Verfahren von MycoWorks ist einmalig in seiner Fähigkeit, unbegrenzte Verbesserungen zu ermöglichen. Die jüngsten Qualitätsoptimierungen wurden durch eine Kombination aus verbesserten Wachstumsbedingungen und einem grundlegend neuen, von MycoWorks entwickelten und zum Patent angemeldeten Gerbverfahren erreicht. Aufgrund der Einzigartigkeit des Fine Mycelium-Ver¬fahrens stellt jeder Fortschritt ein Unterscheidungsmerkmal zwischen der Technologieplattform von MycoWorks und der anderer Biomaterialunternehmen dar.

„Während die meisten alternativen Materialien auf Pflanzen- oder Mycelbasis Kunststoffe verwenden, um die grundlegenden Leistungsstandards zu erfüllen, hat MycoWorks zehn Jahre damit verbracht, keine Kompromisse einzugehen, um die biotechnologischen Innovationen hinter unserem geschützten Prozess zu erreichen“, betont Matt Scullin, CEO von MycoWorks. „Durch unsere vertikale Arbeitsweise - wir besitzen unsere gesamte Technologie, anstatt sie zu lizenzieren und auszulagern - verfügen wir über das nötige Fachwissen, um ein neues Material auf den Markt zu bringen.“

Da Fine Mycelium™ die Luxusstandards für Materialqualität ohne den Einsatz von Kunststoffen erfüllt, hebt es sich von anderen Alternativen ab, die auf Polyurethan- (PU) oder Polyvinylchlorid- (PVC) Folien, Füllstoffe oder Trägermaterialien angewiesen sind, um Stärke und Haltbarkeit zu gewährleisten.

Quelle:

MycoWorks

05.06.2023

Roboter im Pullover können menschliche Berührungen spüren und darauf reagieren

Die gleichen Eigenschaften, die einen gestrickten Pullover bequem und angenehm zu tragen machen, könnten es Robotern ermöglichen, besser mit Menschen zu interagieren.
Der RobotSweater, der von einem Forschungsteam des Robotik-Instituts der Carnegie Mellon University entwickelt wurde, ist eine maschinell gestrickte textile „Haut“, die Berührung und Druck wahrnehmen kann.
 
„Wir können das nutzen, um den Roboter während seiner Interaktion mit Menschen intelligenter zu machen“, erläutert Changliu Liu, Assistenzprofessorin für Robotik an der School of Computer Science.

So wie Stricker jede Art von Garn nehmen und daraus Socken, Mützen oder Pullover in jeder Größe und Form herstellen können, kann der gestrickte RobotSweater-Stoff an unregelmäßige dreidimensionale Oberflächen angepasst werden.

Die gleichen Eigenschaften, die einen gestrickten Pullover bequem und angenehm zu tragen machen, könnten es Robotern ermöglichen, besser mit Menschen zu interagieren.
Der RobotSweater, der von einem Forschungsteam des Robotik-Instituts der Carnegie Mellon University entwickelt wurde, ist eine maschinell gestrickte textile „Haut“, die Berührung und Druck wahrnehmen kann.
 
„Wir können das nutzen, um den Roboter während seiner Interaktion mit Menschen intelligenter zu machen“, erläutert Changliu Liu, Assistenzprofessorin für Robotik an der School of Computer Science.

So wie Stricker jede Art von Garn nehmen und daraus Socken, Mützen oder Pullover in jeder Größe und Form herstellen können, kann der gestrickte RobotSweater-Stoff an unregelmäßige dreidimensionale Oberflächen angepasst werden.

„Strickmaschinen können Garne in nicht flache, gekrümmte oder klobige Formen bringen", sagt James McCann, ein SCS-Assistenzprofessor, dessen Forschung sich in den letzten Jahren auf die Textilherstellung konzentriert hat. „Das brachte uns auf die Idee, dass wir vielleicht Sensoren herstellen könnten, die auf kurvige oder klumpige Roboter passen."

Sobald der Stoff gestrickt ist, kann er dem Roboter helfen, zu „fühlen“, wenn ihn ein Mensch berührt, insbesondere in einer industriellen Umgebung, in der Sicherheit an erster Stelle steht. Aktuelle Lösungen zur Erkennung von Mensch-Roboter-Interaktionen in der Industrie sehen aus wie Schilde und verwenden sehr starre Materialien, die laut Liu nicht den gesamten Körper eines Roboters abdecken können, da sich einige Teile verformen müssen.

„Mit dem RobotSweater kann der gesamte Körper des Roboters abgedeckt werden, so dass er mögliche Kollisionen erkennen kann“, sagt Liu, deren Forschung sich auf industrielle Anwendungen der Robotik konzentriert.

Das RobotSweater-Gewebe besteht aus zwei Lagen Garn mit Metallfasern, die den Strom leiten. Dazwischen befindet sich eine netzartige, mit Spitzenmustern versehene Schicht. Wenn Druck auf den Stoff ausgeübt wird - etwa durch eine Berührung - schließt das leitende Garn einen Stromkreis und wird von den Sensoren erfasst.

„Die Kraft drückt die Zeilen und Spalten zusammen, um die Verbindung zu schließen", sagt Wenzhen Yuan, SCS-Assistenz-professor und Leiter des Robo-Touch-Labors. „Wenn es eine Spannung durch die leitenden Streifen gibt, würden die Schichten sich durch die Löcher berühren.“

Neben dem Design der gestrickten Schichten - das Ergebnis von Dutzenden, wenn nicht Hunderten von Mustern und Tests - sah sich das Team einer weiteren Herausforderung gegenüber, nämlich der Verbindung der Verkabelung und der elektronischen Komponenten mit dem weichen Textil.

„Es gab eine Menge kniffliger physikalischer Prototypen und Anpassungen“, so McCann. „Die Studenten, die daran arbeiteten, schafften es, von etwas, das vielversprechend schien, zu etwas zu kommen, das tatsächlich funktionierte.“

Was funktionierte: Die Drähte wurden um Druckknöpfe gewickelt, die an den Enden der einzelnen Streifen des Gestricks angebracht waren.
Druckknöpfe sind eine kostengünstige und effiziente Lösung, so dass selbst Hobbybastler, die Textilien mit elektronischen Elementen, so genannte E-Textilien, herstellen, sie verwenden können, sagte McCann.

"Man braucht eine Möglichkeit, diese Dinge miteinander zu verbinden, die zwar so stark ist, dass sie sich dehnen kann, aber das Garn nicht zerstört", sagte er und fügte hinzu, dass das Team auch über die Verwendung flexibler Leiterplatten nachdachte.

Sobald der RobotSweater am Körper des Roboters angebracht ist, kann er die Verteilung, Form und Kraft des Kontakts erkennen. Außerdem ist er genauer und effektiver als die visuellen Sensoren, auf die sich die meisten Roboter derzeit verlassen.

„Der Roboter bewegt sich in die Richtung, in die ihn der Mensch schiebt, oder er kann auf soziale Gesten des Menschen reagieren“, so Yuan.
In seiner Forschungsarbeit demonstrierte das Team, dass das Drücken eines mit RobotSweater ausgestatteten Begleitroboters diesem mitteilte, in welche Richtung er sich bewegen oder seinen Kopf drehen sollte. Bei der Verwendung an einem Roboterarm konnte der RobotSweater die Bewegung des Arms durch Druck mit der Hand einer Person steuern, während der Arm durch Anfassen angewiesen wurde, seinen Greifer zu öffnen oder zu schließen.

In der zukünftigen Forschung möchte das Team untersuchen, wie man Reaktionen auf Wisch- oder Kneifbewegungen auf einem Touchscreen programmieren kann.

Das Team, zu dem auch die SCS-Absolventen Zilin Si und Tianhong Catherine Yu sowie die Gaststudentin Katrene Morozov von der University of California, Santa Barbara, gehören, wird den Forschungsbericht über den RobotSweater auf der IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2023 vorstellen.

Die Zusammenarbeit zwischen den drei Fakultätsmitgliedern, die eines Tages bei einem Gespräch während des Mittagessens begann, trug dazu bei, dass der RobotSweater zum Leben erweckt wurde, so McCann.

„Wir hatten eine Person, die über die Konstruktion nachdachte, eine Person, die über die Integration der Robotik nachdachte, eine Person, die über die Sensorik nachdachte, und eine Person, die über Planung und Steuerung nachdachte“, sagte er. „Es ist wirklich schön, ein Projekt zu haben, bei dem wir die gesamte Palette an Personen haben, die sich um alle Belange kümmern.“

Diese Forschung wird vom CMU Manufacturing Futures Institute unterstützt, das von der Richard King Mellon Foundation ermöglicht wird. Die National Science Foundation stellte zusätzliche Mittel zur Verfügung.

Weitere Informationen:
Robotik Interface Gestrick
Quelle:

Carnegie Mellon University

(c) Linda Bulic für Fashion for Good
04.04.2023

FASHION FOR GOOD startet Bibliothek für nachhaltige Farbstoffe

Anfang April startete Fashion for Good die Dyestuff Library, ein digitales Tool, das es Partnern ermöglichen soll, auf der Grundlage von Leistungs- und Umweltkriterien nachhaltige Farbstoffe für die kommerzielle Nutzung auszuwählen. Die Bibliothek, die den Wechsel von schädlicher Chemie zu nachhaltigeren Optionen beschleunigen soll, indem sie die Sichtbarkeit von und den Zugang zu Innovationen ermöglicht, wird von den Fashion for Good-Unternehmenspartnern adidas, Inditex, bonprix und Otto International (Mitglieder der Otto-Gruppe), BESTSELLER, Target, Patagonia, Paradise Textiles, Welspun, dem neuesten Partner Shahi Exports sowie von anderen Stakeholdern unterstützt.
 

Anfang April startete Fashion for Good die Dyestuff Library, ein digitales Tool, das es Partnern ermöglichen soll, auf der Grundlage von Leistungs- und Umweltkriterien nachhaltige Farbstoffe für die kommerzielle Nutzung auszuwählen. Die Bibliothek, die den Wechsel von schädlicher Chemie zu nachhaltigeren Optionen beschleunigen soll, indem sie die Sichtbarkeit von und den Zugang zu Innovationen ermöglicht, wird von den Fashion for Good-Unternehmenspartnern adidas, Inditex, bonprix und Otto International (Mitglieder der Otto-Gruppe), BESTSELLER, Target, Patagonia, Paradise Textiles, Welspun, dem neuesten Partner Shahi Exports sowie von anderen Stakeholdern unterstützt.
 
Textilfarben wurden aus der Natur gewonnen, bevor synthetische Farbstoffe, die WH Perkin im Jahr 1856 entdeckte, die Textilindustrie revolutionierten. Heute sind 90 % unserer Kleidung synthetisch gefärbt, aber die toxischen Wirkungen und ökologischen Auswirkungen sind für Mensch und Umwelt äußerst schädlich. Im Laufe der Jahre wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um schädliche Chemie schrittweise abzuschaffen, und es werden ständig weitere Ansätze entwickelt, um eine ungefährliche Chemie zu schaffen. Heute stehen viele alternative Farbstoffe aus natürlichen Quellen wie Pflanzen, Mikroorganismen, Algen und recycelten Materialien zur Verfügung, aber die mangelnde Klarheit über deren Leistung und Ausmaß macht es der Industrie schwer, auf diese nachhaltigen Optionen umzusteigen.

Im Laufe eines Jahres werden 15 ausgewählte Farbstoffentwicklungen an Labor- und Pilotversuchen teilnehmen. Die Innovationen werden umfangreichen Konformitäts- und Toxizitätstests unterzogen, um sicherzustellen, dass sie für die kommerzielle Nutzung sicher sind. Die Prüfung und Validierung der Leistung dieser innovativen Farbstoffe und Pigmente auf verschiedenen Textilmaterialien wird von den Lieferkettenpartnern Paradise Textiles und RDD Textiles sowie den Universitäts- und Laborpartnern NimkarTek, Institute of Chemical Technology und UNICAMP unterstützt. Darüber hinaus werden die teilnehmenden Fashion for Good-Partner, Textilexperten und ZDHC dieses Projekt mit ihrem Fachwissen unterstützen und die nächsten Schritte für die industrielle Umsetzung fördern.
     
Nach Abschluss des Projekts wird Fashion for Good die Bibliothek mit zusätzlichen Innovationen, Materialien, Stoffkonstruktionen, Testmethoden und innovativen Färbemaschinen weiterentwickeln, um die Umsetzung von Innovationen in der Modeindustrie zu ermöglichen.

Über FASHION FOR GOOD
Fashion for Good ist eine globale Innovationsplattform. Im Mittelpunkt steht das Global Innovation Programme, das innovative Unternehmen auf ihrem Weg zum Erfolg unterstützt. Es bietet praktisches Projektmanagement, Zugang zu Finanzmitteln und Fachwissen sowie Zusammenarbeit mit Marken und Herstellern, um die Umsetzung in der Lieferkette zu beschleunigen.
Um sowohl Einzelpersonen als auch die Industrie zu aktivieren, beherbergt Fashion for Good das weltweit erste interaktive Museum, das sich mit nachhaltiger Mode und Innovation befasst, um Menschen auf der ganzen Welt zu informieren und zu befähigen, und schafft Open-Source-Ressourcen, um Veränderungen zu bewirken.

Die Programme von Fashion for Good werden unterstützt vom Gründungspartner Laudes Foundation, Mitbegründer William McDonough und den Unternehmenspartnern adidas, BESTSELLER, Burberry, C&A, CHANEL, Inditex, Kering, Levi Strauss & Co, Otto Group, Patagonia, PVH Corp, Reformation, Target und Zalando, sowie den angeschlossenen und regionalen Partner Arvind Limited, Birla Cellulose, Norrøna, Pangaia, Paradise Textiles, Shahi Exports, Teijin Frontier, Vivobarefoot, Welspun und W. L. Gore & Associates.

Illustration: Chalmers University of Technology | David Ljungberg
28.03.2023

Neue Technologie auf Holzbasis entfernt 80 % der Farbstoffschadstoffe im Abwasser

Forscher der Chalmers University of Technology, Schweden, haben eine neue Methode entwickelt, mit der sich verunreinigtes Wasser mithilfe eines Materials auf Zellulosebasis leicht reinigen lässt. Diese Entdeckung könnte sich auf Länder mit unzureichenden Wasseraufbereitungstechnologien positiv auswirken und das weit verbreitete Problem der Einleitung giftiger Farbstoffe durch die Textilindustrie bekämpfen.

Sauberes Wasser ist eine Voraussetzung für unsere Gesundheit und unser Lebensumfeld, aber bei weitem nicht für jeden selbstverständlich. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO leben derzeit mehr als zwei Milliarden Menschen mit begrenztem oder gar keinem Zugang zu sauberem Wasser.

Forscher der Chalmers University of Technology, Schweden, haben eine neue Methode entwickelt, mit der sich verunreinigtes Wasser mithilfe eines Materials auf Zellulosebasis leicht reinigen lässt. Diese Entdeckung könnte sich auf Länder mit unzureichenden Wasseraufbereitungstechnologien positiv auswirken und das weit verbreitete Problem der Einleitung giftiger Farbstoffe durch die Textilindustrie bekämpfen.

Sauberes Wasser ist eine Voraussetzung für unsere Gesundheit und unser Lebensumfeld, aber bei weitem nicht für jeden selbstverständlich. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO leben derzeit mehr als zwei Milliarden Menschen mit begrenztem oder gar keinem Zugang zu sauberem Wasser.

Diese globale Herausforderung steht im Mittelpunkt einer Forschungsgruppe der Chalmers University of Technology, die eine Methode zur einfachen Entfernung von Schadstoffen aus Wasser entwickelt hat. Die Gruppe unter der Leitung von Gunnar Westman, außerordentlicher Professor für organische Chemie, konzentriert sich auf neue Verwendungsmöglichkeiten für Zellulose und holzbasierte Produkte und ist Teil des Wallenberg Wood Science Center.

Die Forscher haben ein profundes Wissen über Cellulose-Nanokristalle1 aufgebaut - und genau hier liegt der Schlüssel zur Wasserreinigung. Diese winzigen Nanopartikel verfügen über eine hervorragende Adsorptionskapazität, die die Forscher nun zu nutzen wussten.

"Wir haben einen besonderen, integrativen Ansatz für diese Zellulose-Nanokristalle gewählt und ihre Eigenschaften und potenziellen Anwendungsmöglich¬keiten untersucht. Es wurde ein biobasiertes Material geschaffen, eine Form von Zellulosepulver mit hervorragenden Reinigungseigenschaften, die wir je nach Art der zu entfernenden Schadstoffe anpassen und modifizieren können", so Gunnar Westman.

Absorption und Abbau von Giftstoffe
In einer Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Industrial & Engineering Chemistry Research veröffentlicht wurde, zeigen die Forscher, wie giftige Farbstoffe mithilfe der von der Gruppe entwickelten Methode und des Materials aus dem Abwasser gefiltert werden können. Die Forschungsarbeiten wurden in Zusammenarbeit mit dem Malaviya National Institute of Technology Jaipur in Indien durchgeführt, wo Farbstoffverunreinigungen in Abwässern der Textilindustrie ein weit verbreitetes Problem darstellen.
Die Behandlung erfordert weder Druck noch Hitze und nutzt Sonnenlicht als Katalysator für den Prozess. Gunnar Westman vergleicht die Methode mit dem Gießen von Himbeersaft in ein Glas mit Reiskörnern, die den Saft aufsaugen und das Wasser wieder transparent machen.

"Stellen Sie sich ein einfaches Klärsystem vor, wie eine tragbare Box, die an die Abwasserleitung angeschlossen ist. Während das verunreinigte Wasser den Zellulosepulverfilter passiert, werden die Schadstoffe absorbiert, und das in das Klärsystem eindringende Sonnenlicht bewirkt, dass sie schnell und effizient abgebaut werden. Es handelt sich um ein kostengünstiges und einfach einzurichtendes System, das unserer Meinung nach in Ländern, in denen es derzeit keine oder nur eine unzureichende Wasseraufbereitung gibt, von großem Nutzen sein könnte", betont Westman.

Die Methode wird in Indien getestet
Indien ist eines der asiatischen Entwicklungsländer mit einer umfangreichen Textilproduktion, in dem jedes Jahr große Mengen an Farbstoffen in Seen, Flüsse und Bäche gelangen. Die Folgen für Mensch und Umwelt sind gravierend. Wasserverunreinigungen enthalten Farbstoffe und Schwermetalle und können bei direktem Kontakt Hautschäden verursachen und das Risiko von Krebs und Organschäden erhöhen, wenn sie in die Nahrungskette gelangen. Darüber hinaus wird die Natur in mehrfacher Hinsicht belastet, unter anderem durch die Beeinträchtigung der Photosynthese und des Pflanzenwachstums.

Die Durchführung von Feldstudien in Indien ist ein wichtiger nächster Schritt, und die Chalmers-Forscher unterstützen nun ihre indischen Kollegen bei ihren Bemühungen, einige der Kleinindustrien des Landes dazu zu bringen, die Methode in der Praxis zu testen. Bisher haben Labortests mit Industriewasser gezeigt, dass mit der neuen Methode mehr als 80 Prozent der Farbstoffverunreinigungen entfernt werden, und Gunnar Westman sieht gute Möglichkeiten, den Reinigungsgrad weiter zu erhöhen.

“Von der Einleitung von völlig unbehandeltem Wasser zur Entfernung von 80 Prozent der Schadstoffe ist eine enorme Verbesserung und bedeutet deutlich weniger Zerstörung der Natur und Schäden für den Menschen. Darüber hinaus sehen wir durch die Optimierung des pH-Werts und der Behandlungszeit die Möglichkeit, den Prozess weiter zu verbessern, so dass wir sowohl Bewässerungs- als auch Trinkwasser produzieren können. Es wäre fantastisch, wenn wir diesen Industrien helfen könnten, ein funktionierendes Wasseraufbereitungssystem zu bekommen, so dass die Menschen in der Umgebung das Wasser nutzen können, ohne ihre Gesundheit zu gefährden", sagt er.

Einsetzbar gegen andere Arten von Verunreinigungen
Gunnar Westman sieht auch große Möglichkeiten, Zellulose-Nanokristalle für die Behandlung anderer Wasserschadstoffe als Farbstoffe zu verwenden. In einer früheren Studie hat die Forschungsgruppe gezeigt, dass Verunreinigungen durch giftiges sechswertiges Chrom, das häufig in Abwässern aus dem Bergbau, der Leder- und Metallindustrie vorkommt, mit einer ähnlichen Art von Material auf Zellulosebasis erfolgreich entfernt werden können. Die Gruppe untersucht außerdem, wie der Forschungsbereich zur Reinigung von Antibiotikarückständen beitragen kann.

"Es gibt ein großes Potenzial, mit diesem Material gute Möglichkeiten zur Wasserreinigung zu finden, und neben dem grundlegenden Wissen, das wir bei Chalmers aufgebaut haben, ist das kollektive Fachwissen, das im Wallenberg Wood Science Center zur Verfügung steht, ein wichtiger Schlüssel zum Erfolg", sagt er.

Den vollständigen Artikel finden Sie in Industrial & Engineering Chemistry Research: Cellulose nanocrystals derived from microcrystalline cellulose for selective removal of Janus Green Azo Dye. Die Autoren des Artikels sind Gunnar Westman und Amit Kumar Sonker von der Chalmers University of Technology sowie Ruchi Aggarwal, Anjali Kumari Garg, Deepika Saini und Sumit Kumar Sonkar vom Malaviya National Institute of Technology Jaipur in Indien. Die Forschungsarbeiten werden vom Wallenberg Wood Science Center (WWSC) finanziert, und die indische Forschungsgruppe wird vom Science and Engineering Research Board des indischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie (DST-SERB) gefördert.

1Nanokristalle sind Nanopartikel in Kristallform, die extrem klein sind: Ein Nanopartikel ist in mindestens einer Dimension, d. h. entlang einer Achse, zwischen 1 und 100 Nanometern groß. (ein Nanometer = ein Milliardstel eines Meters).

Quelle:

Chalmers University of Technology in Gothenburg, Sweden