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Mit dem Shirt „SmartTex“ können Astronautinnen und Astronauten die nötigen Sensoren komfortabel am Körper tragen. © DLR
SmartTex Shirt
27.10.2021

Forschung für kosmische Missionen: SmartTex liefert Daten über Vitalfunktionen

Es sieht aus wie ein normales Shirt, doch es hat es in sich:  Das neue SmartTex Shirt transferiert mittels integrierter Sensoren physiologische Daten von Astronautinnen und Astronauten über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk zur Erde.  Auf diese Weise sollen die Auswirkungen der Weltraumumgebung auf das menschliche Herz-Kreislauf-System, vor allem in Hinblick auf langfristige bemannte Weltraum-Missionen, bewertet und dokumentiert werden. Getestet wird das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit der DSI Aerospace Technology, der Medizinischen Fakultät der Universität Bielefeld sowie dem textilen Forschungspartner Hohenstein entwickelte SmartTex im Rahmen des Projekts Wireless Compose-2 (WICO2) zum ersten Mal vom deutschen ESA-Astronauten Dr. Matthias Maurer, der am 30. Oktober 2021 für sechs Monate zu seiner Mission Cosmic Kiss auf der Internationalen Raumstation ISS aufbricht.

Es sieht aus wie ein normales Shirt, doch es hat es in sich:  Das neue SmartTex Shirt transferiert mittels integrierter Sensoren physiologische Daten von Astronautinnen und Astronauten über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk zur Erde.  Auf diese Weise sollen die Auswirkungen der Weltraumumgebung auf das menschliche Herz-Kreislauf-System, vor allem in Hinblick auf langfristige bemannte Weltraum-Missionen, bewertet und dokumentiert werden. Getestet wird das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Kooperation mit der DSI Aerospace Technology, der Medizinischen Fakultät der Universität Bielefeld sowie dem textilen Forschungspartner Hohenstein entwickelte SmartTex im Rahmen des Projekts Wireless Compose-2 (WICO2) zum ersten Mal vom deutschen ESA-Astronauten Dr. Matthias Maurer, der am 30. Oktober 2021 für sechs Monate zu seiner Mission Cosmic Kiss auf der Internationalen Raumstation ISS aufbricht.

„Schon bei den Vorgängerprojekten Spacetex (2014) und Spacetex2 (2018) konnten wir wertvolle Einblicke in das Zusammenwirken von Körper, Bekleidung und Klima unter Schwerelosigkeit gewinnen.“, erklärt Hohenstein Senior Scientific Expert Dr. Jan Beringer. Die damals durch den Einsatz des ESA-Astronauten Dr. Alexander Gerst gelieferten Erkenntnisse flossen nun unmittelbar in die Entwicklung des neuen SmartTex Shirts bei Hohenstein mit ein. „Matthias Maurer kann sein maßgeschneidertes Shirt während der (all)täglichen Arbeit auf der Internationalen Raumstation komfortabel am Körper tragen. Dafür haben wir seine Körpermaße als Grundlage für unsere Schnittentwicklung und die Herstellung des Shirts verwendet. In das Shirt haben wir die nötigen Sensoren sowie Datenverarbeitungs- und Kommunikationsmodule schnitttechnisch so integriert, dass sie so wenig wie möglich stören und unabhängig von der Tragesituation immer an der richtigen Stelle positioniert sind. Das ist die Voraussetzung dafür, dass die relevanten physiologischen Daten zuverlässig gemessen werden können.” Das SmartTex Shirt soll ein durchgängiges Bild der Vitalfunktionen von Astronautinnen und Astronauten liefern. Besonders relevant wird das für zukünftige langfristige bemannte Weltraum-Missionen zu Mond und Mars.

So wird Matthias Maurer beim Experiment BEAT (Ballistocardiography for Extraterrestrial Applications and long-Term missions) als erster Astronaut ein mit Sensoren ausgestattetes T-Shirt tragen, das seine Ballistokardiografie-Daten wie Puls und relativen Blutdruck misst. Dafür wurden die Sensoren im DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin in Köln in der Forschungsanlage :envihab kalibriert. Aus dem Datenmaterial ebenfalls ausgelesen werden können Details zur Kontraktionsrate und zu Öffnungs- und Schließzeiten der Herzklappen, die normalerweise nur über Sonographie oder Computertomographie zugänglich sind. Ziel ist es, die Auswirkungen der Weltraumumgebung auf das menschliche Herz-Kreislauf-System zu untersuchen. Um diese Auswirkungen realistisch analysieren zu können, werden die ballistokardiografischen Daten von Matthias Maurer vor, während und nach seinem Aufenthalt auf der ISS erfasst. Für die Zukunft ist ein Technologietransfer des SmartTex Shirts zur Anwendung im Bereich Fitness oder auch in der Telemedizin denkbar.

Wireless Compose-2 (WICO2)
Das Projekt wurde geplant und vorbereitet vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie seinen Kooperationspartnern DSI Aerospace Technology, Hohenstein und der Universität Bielefeld. Das Drahtlos-Kommunikationsnetzwerk liest Sensordaten aus und kann die Position von Menschen und Objekten im Raum durch Laufzeiten von Funkimpulsen bestimmen. Es steht zudem als Plattform für mehrere Versuche auf der ISS zur Verfügung. Dabei werden die ermittelten Daten innerhalb des Netzwerkes zwischengespeichert und in regelmäßigen Abständen von den Astronauten ausgelesen. Diese Datenpakete werden dann über die ISS-Verbindung zur Erde transferiert und von den Forschungsteams auswertet. Seine Energie kann das Kommunikationsnetzwerk durch Solarzellen aus künstlichen Lichtquellen selbst erzeugen.

Dr. Jan Beringer, Leiter des Projekts Spacetex2. © Hohenstein
Dr. Jan Beringer, Leiter des Projekts Spacetex2. © Hohenstein
06.06.2018

Auf zu neuen Horizonten: „Spacetex2“ erforscht Funktionstextilien in Schwerelosigkeit

Wenn der deutsche ESA-Astronaut Dr. Alexander Gerst am 6. Juni 2018 zu seiner „Horizons“ Mission zur Internationalen Raumstation ISS startet, erwarten ihn dort zahlreiche Experimente. Beim Projekt  Spacetex2 finden bekleidungsphysiologische Untersuchungen statt, die erstmals das Zusammenwirken von Körper, Bekleidung und Klima unter Schwerelosigkeit im Hinblick auf den Tragekomfort erforschen. Die Ergebnisse von Spacetex2 helfen, die Kleidung von Astronauten (sog. IVA-Kleidung „intra vehicular activity“, also Bekleidung, die innerhalb der ISS getragen wird) auch im Hinblick auf Langzeitmissionen wie  beispielsweise den geplanten bemannten Flug zum Mars in den 2030ern zu optimieren. Gemäß dem Missionsziel „Wissen für morgen“ liefert das Projekt zudem wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Funktionstextilien, die unter extremen klimatischen und physiologischen Bedingungen auch auf der Erde eingesetzt werden können. Unter dem Gesichtspunkt der globalen Erwärmung und des Klimawandels  erlangt dieser Aspekt immer mehr an Bedeutung.

Wenn der deutsche ESA-Astronaut Dr. Alexander Gerst am 6. Juni 2018 zu seiner „Horizons“ Mission zur Internationalen Raumstation ISS startet, erwarten ihn dort zahlreiche Experimente. Beim Projekt  Spacetex2 finden bekleidungsphysiologische Untersuchungen statt, die erstmals das Zusammenwirken von Körper, Bekleidung und Klima unter Schwerelosigkeit im Hinblick auf den Tragekomfort erforschen. Die Ergebnisse von Spacetex2 helfen, die Kleidung von Astronauten (sog. IVA-Kleidung „intra vehicular activity“, also Bekleidung, die innerhalb der ISS getragen wird) auch im Hinblick auf Langzeitmissionen wie  beispielsweise den geplanten bemannten Flug zum Mars in den 2030ern zu optimieren. Gemäß dem Missionsziel „Wissen für morgen“ liefert das Projekt zudem wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Funktionstextilien, die unter extremen klimatischen und physiologischen Bedingungen auch auf der Erde eingesetzt werden können. Unter dem Gesichtspunkt der globalen Erwärmung und des Klimawandels  erlangt dieser Aspekt immer mehr an Bedeutung.

„Alexander Gerst muss im All ganz schön schwitzen, um die Kühlleistung der Funktionsshirts zu aktivieren,“ schildert Projektleiter Dr. Jan Beringer von Hohenstein. Dass das Schwitzen in Schwerelosigkeit komplett anders als auf der Erde funktioniert, wurde 2014 beim Vorgängerprojekt Spacetex herausgefunden und ist eine für die Experimente günstige  Rahmenbedingung. Jan Beringer erklärt: „Der menschliche Körper gibt unter Belastung wie auf der Erde Wärme ab und versucht so, sich herunterzukühlen. Jedoch ist der Wärmeaustausch an der Körperoberfläche durch die Schwerelosigkeit verändert – der Wärmeverlust durch Konvektion ist im All nicht vorhanden. Bei körperlicher Aktivität kommt es daher schneller zu einem Hitzestau als auf der Erde. Die Folge davon ist, dass die Körperkerntemperatur schneller auf für die Gesundheit zu hohe Werte steigt. Es ist daher sehr wichtig, den Wärmeaustausch über die Verdunstungskühlung von Schweiß durch Kleidung aus entsprechenden Materialien zu optimieren.“

Für Alexander Gerst sind schweißtreibende Experimente für die Wissenschaft nichts Neues. Bereits bei der Mission „Blue Dot“ im Jahr 2014 lieferte er durch seinen Einsatz im All für das Vorgängerprojekt Spacetex wertvolle Erkenntnisse, die in die Weiterentwicklung der nun eigens für die ISS angefertigten Funktionsshirts eingeflossen sind. „Nun schlägt die  Stunde der Wahrheit – die Untersuchung der drei in ihrer Kühlleistung unterschiedlichen Shirts im Weltall. Wir sind schon sehr gespannt auf die Ergebnisse.“, freut sich Jan Beringer.

Lange müssen die  Projektpartner Hohenstein, Charité Universitätsmedizin Berlin, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die Europäische Raumfahrt- Organisation (ESA) nicht auf neue Erkenntnisse warten: Bereits im Juni 2018 sind die Experimente im Rahmen von Spacetex2 anberaumt. Für Alexander Gerst bedeutet das, zusätzlich zu seinen ohnehin regelmäßig notwendigen Trainingseinheiten auf der ISS noch  sechs spezielle Trainings-Sessions mit den unterschiedlichen Funktionsshirts auf dem Ergometer oder dem Laufband zu absolvieren. Spezielle Sensoren des parallel dazu durchgeführten Experiments  „MetabolicSpace“ des Instituts für Luft und Raumfahrttechnik der TU Dresden, ein am Körper tragbares Analysesystem für Körper- und Stoffwechselfunktionen, liefern dabei Daten über Atemfluss, Herzfrequenz und Sauerstoffsättigung. Auf diese Weise kann die Auswirkung der verschiedenen Funktionsshirts auf die Körpertemperatur, den Tragekomfort und die Leistungsfähigkeit im Einzelnen untersucht werden. Die Ergebnisse stehen den Wissenschaftlern schon kurze Zeit später per Daten-Downlink zur Erde zur Verfügung und können in die weitere Forschungsarbeit einfließen.

Quelle:

Hohenstein