Textination Newsline

from to
Zurücksetzen
Der Ekelfaktor verhindert nachhaltige Waschgewohnheiten Foto: Chalmers University of Technology | Mia Halleröd Palmgren
17.06.2024

Der Ekelfaktor verhindert nachhaltige Waschgewohnheiten

Die meisten Menschen neigen heute zu umweltfreundlichen Lebensentscheidungen, aber nicht auf Kosten der Sauberkeit. Wenn es um unsere Waschgewohnheiten geht, überwiegt oft die Angst, als schmutzig wahrgenommen zu werden, gegenüber dem Wunsch, umweltfreundlich zu handeln. Und je mehr wir dazu neigen, uns zu ekeln, desto mehr waschen wir unsere Kleidung. Dies zeigt eine neue Studie der Chalmers University of Technology in Schweden, in der die treibenden Kräfte hinter unserem Waschverhalten untersucht werden und die neue Möglichkeiten aufzeigt, wie die Umweltbelastung durch den Menschen verringert werden kann.

Die meisten Menschen neigen heute zu umweltfreundlichen Lebensentscheidungen, aber nicht auf Kosten der Sauberkeit. Wenn es um unsere Waschgewohnheiten geht, überwiegt oft die Angst, als schmutzig wahrgenommen zu werden, gegenüber dem Wunsch, umweltfreundlich zu handeln. Und je mehr wir dazu neigen, uns zu ekeln, desto mehr waschen wir unsere Kleidung. Dies zeigt eine neue Studie der Chalmers University of Technology in Schweden, in der die treibenden Kräfte hinter unserem Waschverhalten untersucht werden und die neue Möglichkeiten aufzeigt, wie die Umweltbelastung durch den Menschen verringert werden kann.

Wir waschen unsere Kleidung heute häufiger als je zuvor, und die beim Waschen entstehenden Emissionen waren noch nie so hoch. Einige der Gründe dafür sind, dass wir jedes Kleidungsstück weniger oft benutzen, bevor wir es in die Wäschetonne werfen, dass der technische Fortschritt das Waschen einfacher und billiger gemacht hat und der Zugang zu Waschmaschinen verbessert wurde. Von den weltweiten Emissionen von Mikroplastik stammen 16-35 Prozent aus dem Waschen von Kunstfasern. Darüber hinaus tragen Waschmittel zur Nährstoffanreicherung in Ökosystemen bei, und auch der Energie- und Wasserverbrauch beim Waschen wirkt sich auf die Umwelt aus.

„Auch wenn die Maschinen energieeffizienter geworden sind, hat die Häufigkeit des Waschens die größten Auswirkungen auf das Klima - und wir haben noch nie so viel gewaschen wie heute. Gleichzeitig scheinen die meisten von uns kein Interesse daran zu haben, ihr Waschverhalten zu ändern, um die Auswirkungen auf das Klima zu verringern“, sagt Erik Klint, Doktorand in der Abteilung für Umweltsystemanalyse bei Chalmers.

Er hat eine kürzlich veröffentlichte Forschungsstudie geleitet, die einen neuen, unerforschten Ansatz für unsere Waschgewohnheiten wählt: die Untersuchung der zugrundeliegenden Prozesse für übertriebenes Waschen aus einer psychologischen Perspektive. Die Studie konzentriert sich auf zwei treibende Kräfte, die das Waschverhalten beeinflussen: (1) Umweltidentität - wie stark wir uns mit der Gruppe der umweltbewussten Menschen identifizieren, und (2) wie stark wir zu Ekelgefühlen neigen. Zwei eindeutig gegensätzliche Triebkräfte, wie die Studie zeigt.

„Wir Menschen sind ständig mit verschiedenen Zielkonflikten konfrontiert. In diesem Fall gibt es einen Konflikt zwischen dem Wunsch, seine Wäsche zu reduzieren, um die Umwelt zu schonen, und der Angst, als ekliger Mensch mit unreiner Kleidung wahrgenommen zu werden. Ekel ist eine starke psychologische und soziale Triebkraft. Die Studie zeigt, dass wir umso mehr waschen, je höher unser Ekelgefühl ist, unabhängig davon, ob wir unsere Umweltidentität hoch einschätzen. Das Gefühl des Ekels siegt einfach über das Umweltbewusstsein“, sagt er.

Ekel ist eine evolutionär bedingte Emotion
Die Tatsache, dass Ekel unser Verhalten so stark steuert, hat mehrere Gründe. Erik Klint beschreibt Ekel als eine evolutionär bedingte Emotion, die im Wesentlichen als Schutz vor Infektionen oder gefährlichen Substanzen fungiert. Darüber hinaus ist das Ekelgefühl eng mit dem Schamgefühl verwandt und kann daher auch in sozialen Bereichen zum Tragen kommen.

„Wir Menschen wollen nichts tun, was unsere Position in der Gruppe in Frage stellen könnte - zum Beispiel mit einer Person in Verbindung gebracht werden, die sich nicht um ihre Hygiene kümmert“, sagt er.

Das hat Auswirkungen auf unser Waschverhalten.

„Hier wird eine evolutionär verwurzelte Triebkraft einem moralischen Standpunkt gegenübergestellt, und in den meisten Fällen reagiert man wahrscheinlich auf diese evolutionär bedingte Emotion“, so Klint.

„Waschkampagnen setzen an der falschen Stelle an“
Laut Erik Klint macht die Studie deutlich, dass die heutigen Kampagnen und Botschaften, die die Menschen zu umweltfreundlichem Verhalten bewegen sollen, den falschen Ansatzpunkt haben, da sie oft die psychologischen Aspekte hinter dem Verhalten der Menschen nicht berücksichtigen.

„Es spielt keine Rolle, wie vernünftig und forschungsbasiert die Argumente sind, wenn sie den unterschiedlichen Triebkräften der Menschen zuwiderlaufen, wie dem Wunsch, sich einer Gruppe zugehörig zu fühlen, dann werden sie nicht funktionieren“, sagt er.

Die Fragen „Wie bringen wir die Menschen dazu, weniger zu waschen?“ und „Wie können wir dies auf umweltfreundlichere Weise tun?“ sind völlig unangebracht, meint Erik Klint, der darauf hinweist, dass der Schwerpunkt vielmehr auf dem indirekten Verhalten liegen sollte, das zum eigentlichen Waschen führt. Es mag zwar subtil sein, aber er schlägt vor, dass die bessere Frage lautet: „Wie können wir die Menschen dazu bringen, weniger Wäsche zu erzeugen, insbesondere Wäsche, die in einer Waschmaschine gereinigt werden muss?“

„Man wäscht, weil der Wäschekorb voll, der Lieblingspulli schmutzig oder in der Gemeinschaftswäscherei ein Zeitfenster frei ist. Daher muss der Schwerpunkt auf dem liegen, was passiert, bevor wir die Waschmaschine in Gang setzen, d. h. auf den zugrundeliegenden Verhaltensweisen, die einen Waschdrang auslösen. Zum Beispiel, wie viel Wäsche wir erzeugen, wie wir die Wäsche in der Maschine sortieren oder wann wir denken, dass die Waschmaschine voll ist“, sagt er.

Einer der wichtigsten Vorschläge der Studie besteht darin, Menschen zu ermutigen, Kleidung häufiger zu benutzen, bevor sie im Wäschekorb landet.

„Es kann darum gehen, übermäßiges Waschen zu bekämpfen, mit Botschaften wie 'die meisten Leute benutzen ihr T-Shirt mehr als einmal'. Aber auch die Nutzung der Waschmaschine durch andere Maßnahmen zu ersetzen, wie z. B. das Lüften der Kleidungsstücke, das Abbürsten von Schmutz oder das Entfernen einzelner Flecken per Hand. Eine Möglichkeit wäre es, die wirtschaftlichen Argumente hervorzuheben, denn die Kleidung nutzt sich ab, wenn sie durch die Maschine läuft“, sagt er.

In der Absicht, die Umweltauswirkungen des Waschens zu verringern
Gregory Peters, Professor für quantitative Nachhaltigkeitsbewertung an der Chalmers University und Mitverfasser der Studie, betont, dass diese eine einzigartige Kombination aus Verhaltens- und Naturwissenschaften darstellt.

„Diese Studie ist Teil einer umfassenderen Arbeit, die über den üblichen Forschungsrahmen für Ökobilanzen - Lebenszyklusanalysen - hinausgeht und es ermöglicht, ein ganzheitlicheres Verständnis dafür zu entwickeln, wie wir waschen und was unser Waschverhalten bestimmt. Das unmittelbare Ergebnis, das wir uns erhoffen, ist ein Beitrag zur Verringerung der Umweltbelastung durch das Waschen, aber es ist möglich, dass die Forschung auf andere Bereiche verallgemeinert werden kann, in denen Verhalten und Technologie zusammenspielen", sagt er.

Mehr über Waschgewohnheiten und Klimafolgen

  • Die Menge der von europäischen Verbrauchern gewaschenen Wäsche hat erheblich zugenommen. Im Jahr 2015 wusch der Durchschnittseuropäer vier Maschinenladungen pro Woche. Das sind zwar 0,7 Wäscheladungen weniger als im Jahr 2000, aber immer noch ein starker Anstieg, da die Waschkapazität der Maschinen im gleichen Zeitraum stark zugenommen hat. Im Jahr 2015 verfügten 64 Prozent aller Waschmaschinen über ein Fassungsvermögen von mehr als sechs Kilogramm, verglichen mit 2 Prozent im Jahr 2004. Gleichzeitig geben die meisten Verbraucher an, dass sie das Fassungsvermögen der Maschine voll ausnutzen.
  • Im Jahr 2010 hatten schätzungsweise 30 Prozent der Haushalte weltweit Zugang zu einer Waschmaschine. Im Jahr 2024, so eine Studie über die Hälfte der Weltbevölkerung, die in 18 Ländern in verschiedenen Teilen der Welt lebt, haben 80 Prozent der Haushalte Zugang zu einer Waschmaschine. Quellen: Statista (2024), Pakula und Stamminger (2010)
  • 16-35 Prozent der weltweiten Emissionen von Mikroplastik stammen aus dem Waschen von Kunstfasern. Das Waschen synthetischer Produkte führt dazu, dass sich jedes Jahr mehr als eine halbe Million Tonnen Mikroplastik auf dem Meeresboden ansammeln. Eine einzige Wäsche von Polyesterkleidung kann 700.000 Mikroplastikfasern freisetzen, die dann in die Nahrungskette gelangen können.
Quelle:

Chalmers | Mia Halleröd Palmgren

Foto: Damir Omerovic, Unsplash
12.06.2024

Nutzpflanzen zur Verringerung der Umweltbelastung durch Synthetik

Von Risotto bis zu Soßen sind Pilze seit langem ein Grundnahrungsmittel in der Küche. Jetzt zeigen Pilze das Potenzial, mehr als nur Geschmack zu bieten - als nachhaltiges, biegsames Material für die Modeindustrie.

Forscher nutzen die netzartige Struktur des Wurzelsystems des Pilzes - das Myzel - als Alternative zu synthetischen Fasern für Kleidung und andere Produkte wie Autositze.

„Es ist definitiv ein Umdenken im Herstellungsprozess“, sagt Annalisa Moro, EU-Projektleiterin beim italienischen Unternehmen Mogu, das aus dem Myzel Produkte für die Inneneinrichtung herstellt. „Man arbeitet wirklich mit der Natur zusammen, um etwas zu züchten, anstatt es zu erschaffen, und das ist irgendwie futuristisch.“

Mogu, 50 Kilometer nordwestlich von Mailand gelegen, leitet eine Forschungsinitiative zur Entwicklung von Vliesstoffen aus Mycelfasern für die Textilindustrie.

Von Risotto bis zu Soßen sind Pilze seit langem ein Grundnahrungsmittel in der Küche. Jetzt zeigen Pilze das Potenzial, mehr als nur Geschmack zu bieten - als nachhaltiges, biegsames Material für die Modeindustrie.

Forscher nutzen die netzartige Struktur des Wurzelsystems des Pilzes - das Myzel - als Alternative zu synthetischen Fasern für Kleidung und andere Produkte wie Autositze.

„Es ist definitiv ein Umdenken im Herstellungsprozess“, sagt Annalisa Moro, EU-Projektleiterin beim italienischen Unternehmen Mogu, das aus dem Myzel Produkte für die Inneneinrichtung herstellt. „Man arbeitet wirklich mit der Natur zusammen, um etwas zu züchten, anstatt es zu erschaffen, und das ist irgendwie futuristisch.“

Mogu, 50 Kilometer nordwestlich von Mailand gelegen, leitet eine Forschungsinitiative zur Entwicklung von Vliesstoffen aus Mycelfasern für die Textilindustrie.

Das Projekt mit dem Namen MY-FI hat eine Laufzeit von vier Jahren bis Oktober 2024 und bringt Unternehmen, Forschungsinstitute, Industrieorganisationen und akademische Einrichtungen aus ganz Europa zusammen..

MY-FI zeigt, wie die EU auf eine nachhaltigere Produktion und einen nachhaltigeren Verbrauch in der Textil- und Bekleidungsindustrie drängt, die in Europa rund 1,3 Millionen Menschen beschäftigt und einen Jahresumsatz von 167 Milliarden Euro erzielt.

Die EU bezieht den Großteil ihrer Textilien aus dem Ausland, produziert sie aber in Ländern wie Frankreich, Deutschland, Italien und Spanien. Auf Italien entfallen mehr als 40 % der EU-Bekleidungsproduktion.

Filigran und langlebig
Das empfindliche Material wird durch die Zugabe von biobasierten Chemikalien, die die Fasern miteinander verbinden, stärker und haltbarer gemacht.

Seine ökologische Herkunft steht im Gegensatz zu den meisten synthetischen Fasern wie Nylon und Polyester, die aus fossilen Brennstoffen wie Kohle und Öl gewonnen werden.

Das bedeutet, dass die Produktion von Kunstfasern zu den Treibhausgasemissionen beiträgt, die den Klimawandel beschleunigen. Darüber hinaus setzen diese Materialien beim Waschen Mikroplastik frei, das häufig in die Umwelt gelangt und Flüsse, Meere und Ozeane verschmutzt.

Das MY-FI-Myzel benötigt nur sehr wenig Erde, Wasser oder Chemikalien und ist damit sogar umweltfreundlicher als Naturfasern wie Baumwolle.

Kleiderprobe
Für die Modeindustrie sind die weichen, wasserabweisenden Eigenschaften des Myzels ebenso attraktiv wie seine Umweltfreundlichkeit.

Fragen Sie einfach Mariagrazia Sanua, Nachhaltigkeits- und Zertifizierungsmanagerin bei Dyloan Bond Factory, einem italienischen Modedesigner und -hersteller, der zu MY-FI gehört.

Das Unternehmen hat das auf Myzel basierende Material in schwarzer und brauner Farbe und mit gewachstem Finish verwendet, um einen Prototyp eines Kleides, eine Kombination aus Oberteil und Midirock, Taschen und kleine Lederaccessoires herzustellen.

Laserschneiden und Siebdruck wurden eingesetzt, um das Materialverhalten zu bewerten. Die Herausforderung bestand darin, sich auf die Stoffbahnen - Quadrate aus dem Myzelmaterial anstelle von herkömmlichen Textilrollen wie Baumwolle, Leinen und Polyester - sowie auf Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Nahtdichtigkeit einzustellen.

„Wir mussten das Paradigma komplett ändern und Prozesse und Kleidungsstücke auf der Grundlage des Materials entwerfen“, so Sanua.

Das Unternehmen hofft, den Verbrauchern mit dem Myzelmaterial eine Reihe von Produkten anbieten zu können, die eine Alternative zu Tierleder darstellen.

Leder-ungebunden
Volkswagen, der zweitgrößte Automobilhersteller der Welt, setzt auf Mycel-Technologien, um seinen ökologischen Fußabdruck zu verkleinern und von Leder für die Innenausstattung von Fahrzeugen wegzukommen.

Die Kunden wünschen sich zunehmend tierfreie Materialien für den Innenraum, von Sitzbezügen und Türverkleidungen bis hin zu Armaturenbrettern und Lenkrädern. Ein nachhaltiger Ersatz für Leder ist daher eine spannende Perspektive, so Dr. Martina Gottschling, Wissenschaftlerin bei Volkswagen Group Innovation.

„Ein schnell wachsendes biologisches Material, das ohne Tierversuche und mit geringem Aufwand hergestellt werden kann und zudem keine erdölbasierten Ressourcen benötigt, ist ein Wendepunkt bei den Innenraummaterialien“, sagte sie.

Das Myzelmaterial ist außerdem leichter als Leder, ein weiterer Pluspunkt für die Reduzierung des CO2-Fußabdrucks von VW.

Die Beteiligung des Unternehmens an MY-FI treibt die Projektforscher an der Universität Utrecht in den Niederlanden und am I-TECH Lyon in Frankreich dazu an, die Haltbarkeit des Myzelgewebes zu verbessern. Um vom Prototyp zur Produktionslinie zu gelangen, muss das Gewebe die von VW festgelegten Qualitätsanforderungen erfüllen, damit das Material ein Fahrzeugleben lang hält.

Gottschling ist überzeugt, dass diese Herausforderung im kommenden Jahrzehnt bewältigt werden kann. „Wir sehen das Material schon jetzt als eines der hochwertigen Materialien für Innenraumanwendungen, die in Zukunft möglich sein werden“, sagte sie.

Wenn das Leben einem Tomaten schenkt
Pilze sind nicht das einzige Lebensmittel, das das Potenzial hat, eine Revolution in Sachen nachhaltiges Garn auszulösen. Laut Dr. Ozgur Atalay und Dr. Alper Gurarslan von der Technischen Universität Istanbul in der Türkei haben auch Tomatenstängel ein verborgenes Talent.

Als sie sahen, dass Tomatenstängel nach der Ernte auf den Feldern verwelkten, begannen Atalay und Gurarslan zu untersuchen, ob sich die Stängel in nachhaltige Fasern verwandeln ließen.

Tests bewiesen, dass sich die landwirtschaftlichen Abfälle tatsächlich in Garn verwandeln lassen. Doch Atalay und Gurarslan waren entschlossen, noch einen Schritt weiter zu gehen. Sie wollten aus Tomatenstängeln eine Garnart für Kleidungsstücke herstellen, die Herzschlag, Atemfrequenz und Gelenkbewegungen überwachen.

Die beiden Forscher leiten ein Projekt zur Herstellung dieser Art von elektrisch leitfähiger Kleidung aus - erstmals - nachhaltigen Materialien.

Das Projekt mit dem Namen SMARTWASTE hat eine Laufzeit von vier Jahren bis Ende 2026 und umfasst auch Hochschul- und Forschungseinrichtungen aus Deutschland, Italien, den Niederlanden und Polen.

„Das Schöne an diesem Projekt ist, dass wir mit Abfällen beginnen“, so Atalay. „Wir nehmen landwirtschaftliche Abfälle und stellen nicht nur normale Textilien her, sondern etwas viel Wertvolleres“.

Kostenvoranschläge werden zwar erst im weiteren Verlauf des Projekts erstellt, wenn die Designpartner an der Entwicklung konkreter Produkte arbeiten, aber er wies darauf hin, dass intelligente Kleidung um einiges teurer sein wird als herkömmliche.

Ein intelligentes Textilhemd könnte laut Atalay bis zu 1.000 € kosten.

Das spezielle Material, die begrenzten Produktionsmengen und die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, die erforderlich sind, um tragbare Technologien zu entwickeln, die haltbar, waschbar und bequem sind, tragen alle zu diesem Preis bei.

Fortschritte in der Technologie sollten letztendlich zu niedrigeren Produktionskosten und Verbraucherpreisen führen.

Die Saat der Erfolgspappel
Die türkische Landschaft war auch die Inspiration für einen zweiten Teil des Projekts. Die in der Türkei reichlich vorhandenen Pappelbäume und insbesondere ihre weißen, flauschigen, baumwollähnlichen Samen veranlassten Gurarslan zu untersuchen, ob sie eine nachhaltige Textilquelle darstellen könnten.

Ihre Fasern wurden zwar als zu kurz für die Herstellung von Garnen abgetan, aber die Samen haben drei besondere Eigenschaften, die für die Textilindustrie interessant sind: eine hohle, röhrenartige Struktur, die Wärme speichern kann, um thermische Eigenschaften zu erzielen, eine antibakterielle Eigenschaft und Wasserbeständigkeit.

Das Netzwerk von SMARTWASTE-Experten hat die Samen mit recyceltem Polyester gemischt, um einen Vliesstoff herzustellen, den das Team zu Textilprodukten mit verbesserten thermischen Eigenschaften verarbeiten will.

Die Forscher hoffen, dass dies erst der Anfang einer weitreichenden Umgestaltung von Textilien ist.

„Unser Ziel ist es, die nächste Generation von Forschern und Innovatoren im Bereich nachhaltiger Textilien auszubilden“, so Atalay.

(c) Saralon
04.06.2024

InkTech: Gedruckte Elektronik verändert den Automobilinnenraum

Die Automobilindustrie ist ein wichtiger Wachstumsmotor für gedruckte Elektronik. Die Einsatzbereiche decken ein breites Spektrum ab, sei es im Antriebssystem (z. B. Batteriemanagement und thermische Schnittstellen) oder im Innenraum (z. B. HMI -Technologien, Innenraumheizungen, Displays, intelligente 3D-Schnittstellen mit integrierten Licht- und Dekorationselementen) und sogar im Außenbereich von Fahrzeugen (z. B. integrierte Antennen, Photovoltaik, Leuchten und Displays).

Experten gehen davon aus, dass sich die Automobilbranche bei der Weiterentwicklung des Innenraumdesigns und der Ausstattungsmerkmale verstärkt um Differenzierung bemüht. Motive wie Kosteneffizienz, Größen- und Gewichtsreduzierung, geringerer Energiebedarf, Designfreiheit und verbesserte Ästhetik fördern den Fortschritt der gedruckten Elektronik.

Die Automobilindustrie ist ein wichtiger Wachstumsmotor für gedruckte Elektronik. Die Einsatzbereiche decken ein breites Spektrum ab, sei es im Antriebssystem (z. B. Batteriemanagement und thermische Schnittstellen) oder im Innenraum (z. B. HMI -Technologien, Innenraumheizungen, Displays, intelligente 3D-Schnittstellen mit integrierten Licht- und Dekorationselementen) und sogar im Außenbereich von Fahrzeugen (z. B. integrierte Antennen, Photovoltaik, Leuchten und Displays).

Experten gehen davon aus, dass sich die Automobilbranche bei der Weiterentwicklung des Innenraumdesigns und der Ausstattungsmerkmale verstärkt um Differenzierung bemüht. Motive wie Kosteneffizienz, Größen- und Gewichtsreduzierung, geringerer Energiebedarf, Designfreiheit und verbesserte Ästhetik fördern den Fortschritt der gedruckten Elektronik.

HMI- und Innenraumsensorik-Lösungen
Ein Hauptmarkt für gedruckte und hybride Elektronik in der Automobilindustrie ist die Entwicklung von Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) mit nahtlosem Design. Dehnbare Elektronik- und Sensorlösungen werden in Kunststoff-, Textil- oder Lederteile integriert und verwandeln diese in intelligente Oberflächen, die das Nutzererlebnis verbessern. Leichte, flexible und dehnbare HMI-Lösungen mit anpassbaren Formfaktoren ersetzen mechanische Tasten und komplexe Verkabelungssysteme.

Flexible gedruckte Sensoren ermöglichen die Entwicklung von funktionellen HMI-Systemen mit beliebigem Sensor-Layout, die dazu dienen, Bewegungen, Klima, Lautstärke, Beleuchtung und ähnliche Funktionen mit den Fingerspitzen des Benutzers zu steuern und einzustellen. Die Kombination von Funktionalität und Ästhetik wird durch die Integration von berührungsempfindlicher Technologie mit Beleuchtung und anderen dekorativen Elementen erreicht.

Das Portfolio von Saral Inks© für diese Anwendungen reicht von dehnbaren, leitfähigen Tinten über gedruckte Sensortinten bis hin zu leitfähigen Klebstofftinten für die Befestigung von LEDs und SMDs und die Verbindung mehrerer gedruckter Elektronikschichten miteinander; alle sind leicht im Siebdruckverfahren bedruckbar.

Eingebettete Sensorlösungen in Lenkrädern, Sitzen und Sicherheitsgurten sind einige Beispiele für etablierte Verfahren zur Verbesserung der Sicherheit und des Komforts im Fahrzeuginnenraum. Fortschrittliche flexible gedruckte druck- und kapazitivempfindliche Elektronik erleichtert die Erkennung und Klassifizierung von Fahrzeuginsassen.

Heizung und Wärmemanagement
Gedruckte Temperatursensoren und Heizelemente für den Innenraumkomfort, EV-Motorantriebe oder das Wärmemanagement von Batterien sind weitere trendige Anwendungsgebiete der gedruckten Elektronik im Automobilkontext.

Gedruckte Batteriesicherheitssensoren sorgen für eine frühzeitige Erkennung kritischer Situationen in den Batteriepaketen auf unkomplizierte und sehr effiziente Weise. Diese flexible und dünne gedruckte Elektronik auf Polymerfolien mit Heiz- oder Sensorfunktion ermöglicht eine einfache Handhabung und Integration zwischen einzelnen Zellen innerhalb des Batteriemoduls. Sie sorgen für eine gleichmäßige Verteilung der Ladung, verhindern eine Überladung und verbessern die Lebensdauer der Batterie.

Zu den Saral Inks©-Lösungen für ein umfassendes Wärmemanagement gehören funktionale Tinten für gedruckte Sensor- und Heizelemente, die sich für die Batterieüberwachung, Sitz- und Bodenheizung sowie Entfroster-Systeme eignen.

Intelligente Oberflächen mit 3D-Geometrie
Film-Insert-Molding und In-Mold Electronics (IME) gelten als bahnbrechende Technologien für die Integration gedruckter Elektronik in Automobilteile, wobei sich IME als vielversprechende Lösung für die Herstellung intelligenter 3D-Oberflächen erweist, bei denen leitfähige Druckfarben die zentrale Rolle spielen.

Das Herzstück von IME ist das Thermoformverfahren für gedruckte Elektronik, das mit hohem Druck und hohen Temperaturen arbeitet.

Die leitfähige Tinte Saral StretchSilver 800 zeigt eine bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit, wenn sie auf Polycarbonat (PC) gedruckt wird und 3D-Tiefziehverfahren durchläuft, ohne dabei an Funktionalität einzubüßen.

Quelle:

Saralon

Auf die Haut gedruckte Sensoren aus „elektronischer Spinnenseide“ (c) Huang Lab, Cambridge
27.05.2024

Auf die Haut gedruckte Sensoren aus „elektronischer Spinnenseide“

Forscher haben eine Methode entwickelt, um anpassungsfähige und umweltfreundliche Sensoren herzustellen, die direkt und unsichtbar auf eine Vielzahl von biologischen Oberflächen gedruckt werden können, sei es ein Finger oder ein Blütenblatt.

Die von Forschern der Universität Cambridge entwickelte Methode ist von der Spinnenseide inspiriert, die sich an eine Reihe von Oberflächen anpassen und an ihnen haften kann. In diese „Spinnenseide“ ist auch Bioelektronik integriert, so dass das „Netz“ mit verschiedenen sensorischen Fähigkeiten ausgestattet werden kann.

Forscher haben eine Methode entwickelt, um anpassungsfähige und umweltfreundliche Sensoren herzustellen, die direkt und unsichtbar auf eine Vielzahl von biologischen Oberflächen gedruckt werden können, sei es ein Finger oder ein Blütenblatt.

Die von Forschern der Universität Cambridge entwickelte Methode ist von der Spinnenseide inspiriert, die sich an eine Reihe von Oberflächen anpassen und an ihnen haften kann. In diese „Spinnenseide“ ist auch Bioelektronik integriert, so dass das „Netz“ mit verschiedenen sensorischen Fähigkeiten ausgestattet werden kann.

Die Fasern, die mindestens 50-mal kleiner als ein menschliches Haar sind, sind so leicht, dass die Forscher sie direkt auf den flauschigen Samenkopf eines Löwenzahns drucken konnten, ohne dass dessen Struktur zusammenfiel. Auf die menschliche Haut gedruckt, passen sich die Fasersensoren der Haut an und legen die Schweißporen frei, so dass der Träger ihre Anwesenheit nicht bemerkt. Tests der auf einen menschlichen Finger gedruckten Fasern legen nahe, dass sie zur kontinuierlichen Überwachung von Körperfunktionen eingesetzt werden könnten.

Diese abfall- und emissionsarme Methode im Bereich Augmented Living könnte in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, von der Gesundheitsfürsorge und der virtuellen Realität bis hin zu elektronischen Textilien und der Umweltüberwachung. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift „Nature Electronics“ veröffentlicht.

Obwohl menschliche Haut außerordentlich sensible ist, könnte ihre Erweiterung durch elektronische Sensoren die Art und Weise, wie wir mit der Welt um uns herum interagieren, grundlegend verändern. Direkt auf die Haut gedruckte Sensoren könnten so zur kontinuierlichen Gesundheitsüberwachung oder zum Verständnis von Hautempfindungen eingesetzt werden oder den Realitätssinn bei Spielen oder Virtual-Reality-Anwendungen verbessern.

Zwar sind tragbare Technologien mit eingebetteten Sensoren, wie z. B. Smartwatches, weit verbreitet, doch können diese Geräte unbequem und lästig sein und die Eigenwahrnehmung der Haut beeinträchtigen.

Im letzten Jahr haben einige derselben Wissenschaftler nachgewiesen, dass die in intelligenten Textilien verwendeten Fasern, wenn sie mit dehnbaren Materialien beschichtet werden, mit herkömmlichen Webverfahren kompatibel sein können. Mit dieser Technik stellten sie ein gewebtes 46-Zoll- Demo-Display her.

„Wenn man etwas auf einer biologischen Oberfläche wie der Haut oder einem Blatt genau erfassen will, ist die Schnittstelle zwischen dem Gerät und der Oberfläche von entscheidender Bedeutung“, sagte Professor Yan Yan Shery Huang vom Cambridge Department of Engineering, die die Forschung leitete. „Wir wollen außerdem eine Bioelektronik, die für den Anwender völlig unauffällig ist, so dass sie in keiner Weise seine Interaktion mit der Welt beeinträchtigt, und wir wollen, dass sie nachhaltig ist und wenig Abfall verursacht.“

Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung von tragbaren Sensoren, die jedoch alle ihre Nachteile haben. Flexible Elektronik wird zum Beispiel normalerweise auf Kunststofffolien gedruckt, die weder Gase noch Feuchtigkeit durchlassen - es wäre also so, als würde man seine Haut in Frischhaltefolie einwickeln. Andere Forscher haben vor kurzem flexible Elektronik entwickelt, die gasdurchlässig ist, wie künstliche Haut, aber diese beeinträchtigt immer noch das normale Empfinden und ist auf energie- und abfallintensive Herstellungsverfahren angewiesen.

Der 3D-Druck ist ein weiterer potenzieller Weg für die Bioelektronik, denn er ist weniger abfallintensiv als andere Produktionsmethoden, führt aber zu massiveren Geräten, die das normale Verhalten beeinträchtigen können. Das Spinnen elektronischer Fasern resultiert in Komponenten, die für den Benutzer nicht wahrnehmbar sind, die gleichzeitig nicht sehr empfindlich oder kompliziert sind oder sich nur schwer auf das betreffende Objekt übertragen lassen.

Nun hat das von Cambridge geführte Team eine neue Methode zur Herstellung von Hochleistungs-Bioelektronik entwickelt, die an eine Vielzahl von biologischen Oberflächen angepasst werden kann, von der Fingerspitze bis zum flauschigen Samenkopf einer Pusteblume, indem sie direkt auf die Oberfläche gedruckt wird. Inspiriert wurde die Technik teilweise von Spinnen, die mit minimalem Materialeinsatz ausgeklügelte und starke, an ihre Umgebung angepasste Netzstrukturen schaffen.

Die Forscher sponnen ihre bioelektronische „Spinnenseide“ aus PEDOT:PSS (einem biokompatiblen leitenden Polymer), Hyaluronsäure und Polyethylenoxid. Die Hochleistungsfasern wurden aus einer wässrigen Lösung bei Raumtemperatur hergestellt, was es den Forschern ermöglichte, die „Spinnbarkeit“ der Fasern zu kontrollieren. Die Forscher entwickelten dann ein Orbitalspinnverfahren, mit dem sich die Fasern an lebende Oberflächen anpassen können, sogar bis hin zu Mikrostrukturen wie Fingerabdrücken. Tests der bioelektronischen Fasern auf Oberflächen wie menschlichen Fingern und Löwenzahnsamen zeigten, dass sie hochwertige Sensorleistungen erbringen und für den Träger nicht wahrnehmbar sind.

„Unser Spinnverfahren ermöglicht es den bioelektronischen Fasern, der Anatomie verschiedener Formen zu folgen, sowohl im Mikro- als auch im Makromaßstab, ohne dass eine Bilderkennung erforderlich ist“, so Andy Wang, der Erstautor der Arbeit. „Das eröffnet einen völlig neuen Blickwinkel auf die Herstellung nachhaltiger Elektronik und Sensoren. Es ist ein deutlich einfacherer Weg, großflächige Sensoren herzustellen.“

Die meisten hochauflösenden Sensoren werden in einem industriellen Reinraum hergestellt und erfordern den Einsatz giftiger Chemikalien in einem mehrstufigen und energieaufwändigen Herstellungsprozess. Die in Cambridge entwickelten Sensoren können überall hergestellt werden und verbrauchen nur einen Bruchteil der Energie, die herkömmliche Sensoren benötigen.

Die reparaturfähigen bioelektronischen Fasern, die reparabel sind, können, wenn sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, einfach abgewaschen werden und erzeugen weniger als ein einziges Milligramm Abfall: zum Vergleich: Bei einer einzigen Ladung Wäsche fallen zwischen 600 und 1500 Milligramm Faserabfälle an.

„Mit unserer einfachen Fertigungstechnik können wir die Sensoren fast überall anbringen und bei Bedarf reparieren, ohne eine große Druckmaschine oder eine zentrale Fertigungsanlage zu benötigen“, so Huang. „Diese Sensoren können auf Abruf hergestellt werden, genau dort, wo sie gebraucht werden, und erzeugen nur minimale Abfälle und Emissionen.“

Die Forschung wurde zum Teil vom Europäischen Forschungsrat, von Wellcome, der Royal Society und dem Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), einem Teil des UK Research and Innovation (UKRI), unterstützt.

Quelle:

Sarah Collins, University of Cambridge

A Passion for Paisley Foto The Great Tapestry of Scotland
21.05.2024

Edinburgh webt Paisley-Schals 40 Jahre vor Paisley

Eine neue Ausstellung beweist, dass in Edinburgh um 1700 bereits mehr als 40 Jahre früher als in der Stadt Renfrewshire, nach der sie benannt wurden, Paisley-Schals gewebt wurden.

Die Ausstellung, die von der Heriot-Watt University und The Great Tapestry of Scotland in Galashiels veranstaltet wird, belegt, dass die Weber in Edinburgh die ersten in Großbritannien waren, die Repliken der aus Indien mitgebrachten Kaschmirschals herstellten; erste Aufzeichnungen stammen aus dem Jahr 1767.

Erst 1808 begann die Weberei in Paisley mit der Herstellung dieser Schals und gab dem Kleidungsstück später seinen ikonischen Namen.

Die Ausstellung mit dem Titel "A Passion for Paisley" (Eine Leidenschaft für Paisley) zeigt eine Auswahl von mehr als 100 Schals und Schalfragmenten, die Teil der Textilsammlung der Universität sind, die auf dem Scottish Borders Campus in Galashiels untergebracht ist.

Eine neue Ausstellung beweist, dass in Edinburgh um 1700 bereits mehr als 40 Jahre früher als in der Stadt Renfrewshire, nach der sie benannt wurden, Paisley-Schals gewebt wurden.

Die Ausstellung, die von der Heriot-Watt University und The Great Tapestry of Scotland in Galashiels veranstaltet wird, belegt, dass die Weber in Edinburgh die ersten in Großbritannien waren, die Repliken der aus Indien mitgebrachten Kaschmirschals herstellten; erste Aufzeichnungen stammen aus dem Jahr 1767.

Erst 1808 begann die Weberei in Paisley mit der Herstellung dieser Schals und gab dem Kleidungsstück später seinen ikonischen Namen.

Die Ausstellung mit dem Titel "A Passion for Paisley" (Eine Leidenschaft für Paisley) zeigt eine Auswahl von mehr als 100 Schals und Schalfragmenten, die Teil der Textilsammlung der Universität sind, die auf dem Scottish Borders Campus in Galashiels untergebracht ist.

Helen Taylor, Archivarin an der Heriot-Watt University, sagte: „Das Paisley-Muster ist ein sehr ikonisches Motiv geblieben und hat sich auch im Wandel der Modetrends behauptet. Unsere Sammlung in den Borders ist sehr gut und wurde eigentlich für Lehre und Forschung entwickelt. Man kann die Webtechnik nicht mehr reproduzieren, weil es die Webstühle nicht mehr gibt. Aber wenn Sie auf der Suche nach Design-Inspiration sind, sind Paisley-Schals ein großartiges Beispiel für den ost-westlichen Einfluss“.

Paisley-Schals sind reichhaltig gemustert und weisen oft ein charakteristisches Tränenmotiv im persischen Stil auf. Dieses ist vom babylonischen Baum des Lebens inspiriert, einem magischen Baum aus der mesopotamischen Mythologie, der im Zentrum des Paradieses wuchs.

Andere Motive sind Blumen- und Rankenmuster, ein gestreiftes Zebramuster und ein längliches Motiv, das als „Tempeltür“ bekannt ist. Rot war eine wiederkehrende Farbe in Paisley-Schals, neben Blau, Grün, Gelb und anderen Farben, die alle aus natürlichen Pflanzenfarbstoffen hergestellt wurden. Paisley-Schals waren im 18. und 19. Jahrhundert sehr beliebt. Kaiserin Josephine, die erste Frau Napoleons, besaß etwa 400 dieser Wollschals.

„Als das britische Weltreich sich vergrößerte, brachten die Menschen Kaschmirschals als Geschenke mit“, erklärt Frau Taylor. „Sie waren sehr teuer und wurden eigentlich aus Kaschmir gewebt. Weber in Edinburgh begannen mit der Herstellung von Reproduktionen von Schals, und die erste Aufzeichnung, dass ein Kaschmir-Schal gewebt wurde, stammt aus dem Jahr 1767 aus Edinburgh.

Um 1700 gab es in Edinburgh bereits eine Damastindustrie - bei der die Motive in den Stoff eingewebt und nicht aufgedruckt wurden - und diese Webereien begannen mit der Herstellung der Reproduktionen von Kaschmirschals. Doch als sich die Mode weiterentwickelte und die Schals größer wurden, begannen die Edinburgher Weber damit, ihre Produktion nach Paisley auszulagern, wo sich die Webkunst und die Technologie weiterentwickelten und zu den besten der Welt gehörten.

„In Edinburgh war die Schalweberei eher ein Heimgewerbe, bei dem kleine Webstühle in der Altstadt verwendet und die Schals in Abschnitten gewebt und zusammengenäht wurden“, sagte Frau Taylor. „In Paisley begann man, Jacquard-Webstühle zu verwenden, die mit Lochkarten arbeiteten und es ermöglichten, komplexere Muster auf einfachere Weise zu weben.“

Die meisten Paisley-Schals von Heriot-Watt wurden von einer Porzellan- und Keramik-Kuratorin namens Janet Paterson gesammelt, die in den 1940er und 50er Jahren Paisley-Schals sammelte. Die Sammlung wurde der Universität von ihrem Sohn Alan zusammen mit seiner Tartan-Sammlung geschenkt.

Die Ausstellung „A Passion for Paisley” läuft vom 26. März bis zum 12. Juli 2024 in The Great Tapestry of Scotland, 14-20 High St, Galashiels TD1 1SD. Der Eintritt kostet £5.

Die Heriot-Watt School of Textiles and Design geht auf das Jahr 1883 zurück, als Kurse in Weben, Färben und Chemie eingeführt wurden, um Arbeitskräfte für die lokale Textilindustrie auszubilden.
Die Schule ist ein Exzellenzzentrum für Design, zu dessen Ehrenabsolventen die britische Modeikone Dame Vivienne Westwood gehört. Sie hat ihren Sitz auf dem Scottish Borders Campus von Heriot-Watt, der um eine historische Mühle in Galashiels herum gebaut wurde, im Herzen der schottischen Luxus-Textilindustrie.

Das Besucherzentrum The Great Tapestry of Scotland wurde eigens für den „Großen Wandteppich von Schottland“ gebaut, eines der weltweit größten Gemeinschaftskunstprojekte. Der Wandteppich wurde von einem Team von 1.000 Näherinnen aus ganz Schottland handgenäht und zeigt auf 160 Tafeln 420 Millionen Jahre Geschichte, Erbe, Innovationen und Kultur Schottlands.

Quelle:

Heriot-Watt University

NC State Research: Maschinelles Lernen zur Entwicklung eines stoffbasierten Tastsensors (c) NC State University
13.05.2024

Maschinelles Lernen zur Entwicklung eines stoffbasierten Tastsensors

Eine neue Studie der NC State University kombiniert dreidimensionale Sticktechniken mit maschinellem Lernen, um einen Sensor auf Stoffbasis zu entwickeln, der elektronische Geräte durch Berührung steuern kann.

In dem Maße, in dem der Trend zur tragbaren Elektronik zunimmt und Kleidung mit neuen Funktionen ausgestattet wird, gewinnt ein auf Stickerei basierender Sensor oder „Knopf“, der diese Funktionen steuern kann, an Bedeutung. In den Stoff eines Kleidungsstücks integriert, vermag der Sensor elektronische Geräte wie Handy-Apps ausschließlich durch Berührung zu aktivieren und zu steuern.  

Eine neue Studie der NC State University kombiniert dreidimensionale Sticktechniken mit maschinellem Lernen, um einen Sensor auf Stoffbasis zu entwickeln, der elektronische Geräte durch Berührung steuern kann.

In dem Maße, in dem der Trend zur tragbaren Elektronik zunimmt und Kleidung mit neuen Funktionen ausgestattet wird, gewinnt ein auf Stickerei basierender Sensor oder „Knopf“, der diese Funktionen steuern kann, an Bedeutung. In den Stoff eines Kleidungsstücks integriert, vermag der Sensor elektronische Geräte wie Handy-Apps ausschließlich durch Berührung zu aktivieren und zu steuern.  

Das Gerät besteht aus zwei Teilen: dem gestickten Drucksensor selbst und einem Mikrochip, der die von diesem Sensor erfassten Daten verarbeitet und weiterleitet. Der Sensor ist triboelektrisch, d. h. er versorgt sich selbst mit der elektrischen Ladung, die durch die Reibung zwischen seinen mehreren Schichten entsteht. Er wird aus Garnen hergestellt, die aus zwei triboelektrischen Materialien bestehen, eines mit positiver und eines mit negativer elektrischer Ladung, die mit Hilfe von Stickmaschinen in herkömmliche Textilien eingearbeitet wurden.

Rong Yin, korrespondierender Autor der Studie, betonte, dass die dreidimensionale Struktur des Sensors wichtig war, um den gewünschten Erfolg zu erzielen.

„Da der Drucksensor triboelektrisch ist, musste er zwei Schichten mit einer Lücke dazwischen aufweisen. Diese Lücke war einer der schwierigsten Teile des Prozesses, da wir eine Stickerei verwenden, die normalerweise zweidimensional ist. Das ist eigentlich eine Technik für Dekostoffe", sagte er. „Es ist eine Herausforderung, auf diese Weise eine dreidimensionale Struktur zu schaffen. Durch die Verwendung eines Abstandshalters konnten wir den Abstand zwischen den beiden Schichten kontrollieren, wodurch wir die Leistung des Sensors steuern konnten.“

Die Daten des Drucksensors werden dann an den Mikrochip gesendet, der für die Umwandlung der Rohdaten in spezifische Anweisungen für alle angeschlossenen Geräte verantwortlich ist. Algorithmen des maschinellen Lernens sind laut Yin der Schlüssel für einen reibungslosen Prozess. Das Gerät muss in der Lage sein, zwischen Gesten zu unterscheiden, die verschiedenen Funktionen zugewiesen sind, und unbeabsichtigte Eingaben zu ignorieren, die durch die normale Bewegung des Tuchs entstehen könnten.

„Manchmal sind die Daten, die der Sensor erfasst, nicht sehr genau, und das kann alle möglichen Gründe haben“, so Yin. „Manchmal werden die Daten durch Umweltfaktoren wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit beeinflusst, oder der Sensor berührt versehentlich etwas. Mithilfe von maschinellem Lernen können wir das Gerät darauf trainieren, solche Dinge zu erkennen.

„Dank des maschinellen Lernens kann dieses sehr kleine Gerät auch viele verschiedene Aufgaben erfüllen, da es verschiedene Arten von Eingaben erkennen kann.“

Die Forscher demonstrierten diese Eingabeerkennung, indem sie eine einfache mobile Musikwiedergabe-App entwickelten, die über Bluetooth mit dem Sensor verbunden wurde. Sie entwarfen sechs Funktionen für die App: Abspielen/Pause, nächster Song, letzter Song, Lautstärke erhöhen, Lautstärke verringern und Stummschalten, die jeweils durch eine andere Geste auf dem Sensor gesteuert werden. Die Forscher konnten das Gerät auch für verschiedene andere Funktionen verwenden, darunter das Festlegen und Eingeben von Passwörtern und die Steuerung von Videospielen.

Die Idee befinde sich noch im Anfangsstadium, so Yin, da die bestehende Sticktechnik nicht in der Lage sei, die für die Herstellung des Sensors verwendeten Materialien zu verarbeiten. Dennoch ist der neue Sensor ein weiteres Puzzlestück in der sich entwickelnden tragbaren Elektronik, die in naher Zukunft sicherlich weiter an Interesse gewinnen wird.

Die Studie, “A clickable embroidered triboelectric sensor for smart fabric,” ist bei Device erschienen.

Quelle:

North Carolina State University, Joey Pitchford

Foto: 政徳 吉田, Pixabay
03.05.2024

Fahrzeugunterböden aus Naturfasern und Recycling-Kunststoffen

Gemeinsam mit Industriepartnern haben Forschende des Fraunhofer WKI einen Fahrzeugunterboden aus Naturfasern und recycelten Kunststoffen für den Automobilbau entwickelt. Der Fokus des Fraunhofer Instituts lag auf der Materialentwicklung für den Spritzguss sowie auf der Hydrophobierung von Flachs- und Hanffasern für naturfaserverstärkte Mischfaservliese.

Das Bauteil erfüllt die hohen technischen Anforderungen im Unterbodenbereich und könnte zukünftig herkömmliche Leichtbau-Fahrzeugunterböden ersetzen. Mit dieser Entwicklung wird die Klima- und Umweltbilanz über den gesamten Produktlebenszyklus optimiert.

Gemeinsam mit Industriepartnern haben Forschende des Fraunhofer WKI einen Fahrzeugunterboden aus Naturfasern und recycelten Kunststoffen für den Automobilbau entwickelt. Der Fokus des Fraunhofer Instituts lag auf der Materialentwicklung für den Spritzguss sowie auf der Hydrophobierung von Flachs- und Hanffasern für naturfaserverstärkte Mischfaservliese.

Das Bauteil erfüllt die hohen technischen Anforderungen im Unterbodenbereich und könnte zukünftig herkömmliche Leichtbau-Fahrzeugunterböden ersetzen. Mit dieser Entwicklung wird die Klima- und Umweltbilanz über den gesamten Produktlebenszyklus optimiert.

Den Projektpartnern Fraunhofer WKI, Thüringisches Institut für Textil- und Kunststofftechnik (TITK), Röchling Automotive SE & Co. KG, BBP Kunststoffwerk Marbach Baier GmbH und Audi AG ist es gelungen, ein nachhaltiges Gesamtkonzept für Fahrzeugunterböden zu entwickeln. Damit haben die Forschenden eine anspruchsvolle Bauteilgruppe mit hohem Kunststoffanteil für den Einsatz von Naturmaterialien erschlossen. Bisher wurden naturfaserverstärkte Kunststoffe im Automobil hauptsächlich für Verkleidungsteile ohne nennenswerte mechanische Aufgaben eingesetzt. Strukturelle Bauteile wie Fahrzeugunterböden sind enormen Belastungen ausgesetzt und stellen hohe Anforderungen an das Biege- und Crashverhalten des Materials. In modernen Leichtbau-Fahrzeugkonzepten kommen daher Hochleistungswerkstoffe aus glasfaserverstärkten Kunststoffen zum Einsatz.

Das Projektteam konnte die Glasfasern durch Naturmaterialien wie Flachs-, Hanf- und Cellulosefasern ersetzen und Unterbodenbauteile mit einem Naturfaseranteil von bis zu 45 Prozent realisieren. Im Bereich der Polymere wurde vollständig auf Polypropylen-Neuware verzichtet und ausschließlich Rezyklate eingesetzt. Alle mit dieser Materialumstellung verbundenen Herausforderungen, sowohl die geringeren mechanischen Ausgangseigenschaften der Werkstoffe als auch die zeitlich eingeschränkten Verarbeitungsfenster, konnten durch geschickte Compoundkombinationen gelöst werden.

Am Fraunhofer WKI wurden Materialien für den Spritzguss entwickelt. »Naturfaser-Spritz-guss-Compounds sind bisher vor allem durch Festigkeits- und Steifigkeitssteigerungen gegenüber unverstärkten Polymeren bekannt. Bei der Entwicklung im Fahrzeugunterboden ist es darüber hinaus gelungen, durch eine innovative Kombination von ausgewählten Post-Consumer-Rezyklaten (PCR) als Matrix und Naturfasern unterschiedlicher Reinheitsgrade die hohen Anforderungen an die Kaltschlagzähigkeit zu erfüllen, ohne dabei die geforderte Steifigkeit und Festigkeit einzubüßen«, erklärt Moritz Micke-Camuz, Projektleiter am Fraunhofer WKI.

Im Rahmen der Entwicklung wurden am TITK und bei Röchling erstmals Faserverbundbauteile aus naturfaserverstärktem Mischfaservlies (Lightweight-Reinforced-Thermoplastic, LWRT) realisiert. Das entwickelte Produkt erfüllt nicht nur die mechanischen Anforderungen. Es widersteht auch den Herausforderungen, die durch die feuchte Einsatzumgebung hervorgerufen werden. Zur Hydrophobierung von Flachs- und Hanffasern für LWRT-Bauteile wurde am Fraunhofer WKI ein kontinuierliches Furfurylierungsverfahren entwickelt. Durch die Furfurylierung kann die Feuchtigkeitsaufnahme um bis zu 35 Prozent reduziert werden, ohne die Biegefestigkeit der späteren Bauteile zu beeinträchtigen. Das furfurylierte Fasermaterial lässt sich zudem problemlos auf einer Vliesanlage weiterverarbeiten

Die gefertigten Prototypenbauteile wurden anschließend sowohl auf Komponentenebene als auch im Fahrversuch intensiv getestet. Dazu dienten unter anderem die Fahrzeuge der neuen »Premium Platform Electric« (PPE) des VW-Konzerns. Im Rahmen der Serienerprobung konnten bereits Langzeiterfahrungen gesammelt werden. Das erfreuliche Ergebnis dieser Tests: Die neu entwickelten Bioverbundwerkstoffe erfüllen alle Standardanforderungen an Unterbodenbauteile und erweisen sich als serientauglich. Weder der Einsatz von Naturfasern noch von (Post-Consumer-)Rezyklaten führt zu einer signifikanten Beeinträchtigung der Eigenschaften.

Ein wesentlicher Vorteil der Innovation liegt auch in der deutlich verbesserten CO2-Bilanz: Im Vergleich zur Serie können 10,5 Kilogramm Neuware (PP/Glasfaser) durch 4,2 Kilogramm Naturfasern und 6,3 Kilogramm Post-Consumer-Rezyklat ersetzt werden. Dadurch konnten die CO2-Emissionen während der Produktion, der Nutzung und des Produktlebens um bis zu 40 Prozent reduziert werden.

Im Rahmen des Entwicklungsprojektes wurde ein innovatives, ganzheitliches Gesamtkonzept für Fahrzeugunterböden inklusive Recycling mit kaskadischer Wiederverwendung der Komponenten entwickelt. Aus technischer Sicht können Fahrzeugunterböden zukünftig vollständig aus dem neuen, hochleistungsfähigen Bio-Leichtbau-Material hergestellt werden.

Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über den Projektträger TÜV Rheinland gefördert.

 

Quelle:

Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI

(c) MIT Self Assembly Lab
29.04.2024

Das 4D-Strickkleid - die Zukunft der Mode?

Das vom Self-Assembly Lab entwickelte 4D Strickkleid nutzt mehrere Technologien, um ein individuelles Design und eine maßgeschneiderte Passform zu schaffen und dabei gleichzeitig den Anforderungen an Nachhaltigkeit Rechnung zu tragen.

Bis vor kurzem war eine Maßanfertigung - also Kleidung, die nach den individuellen Wünschen des Kunden angefertigt wurde - die einzige Möglichkeit, Kleidungsstücke zu tragen, die perfekt auf den eigenen Körperbau abgestimmt waren. Für die meisten Menschen sind die Kosten einer Maßanfertigung nicht zu bezahlen. Doch die Erfindung aktiver Fasern und innovativer Strickverfahren verändert die Textilindustrie.

Das vom Self-Assembly Lab entwickelte 4D Strickkleid nutzt mehrere Technologien, um ein individuelles Design und eine maßgeschneiderte Passform zu schaffen und dabei gleichzeitig den Anforderungen an Nachhaltigkeit Rechnung zu tragen.

Bis vor kurzem war eine Maßanfertigung - also Kleidung, die nach den individuellen Wünschen des Kunden angefertigt wurde - die einzige Möglichkeit, Kleidungsstücke zu tragen, die perfekt auf den eigenen Körperbau abgestimmt waren. Für die meisten Menschen sind die Kosten einer Maßanfertigung nicht zu bezahlen. Doch die Erfindung aktiver Fasern und innovativer Strickverfahren verändert die Textilindustrie.

„Wir alle tragen Kleidung und Schuhe“, sagt Sasha MicKinlay, M.A., die kürzlich ihren Abschluss am MIT Department of Architecture gemacht hat. „Das ist ein menschliches Bedürfnis. Aber es gibt auch das menschliche Bedürfnis, sich auszudrücken. Mir gefällt die Idee, Kleidung auf nachhaltige Art und Weise zu personalisieren. Dieses Kleid verspricht sowohl für den Verbraucher als auch für den Hersteller nachhaltiger zu sein als herkömmliche Mode.“

McKinlay ist Textildesignerin und Forscherin am Self-Assembly Lab und hat zusammen mit Ministry of Supply, einem auf Hightech-Bekleidung spezialisierten Modeunternehmen, das 4D Strickkleid entworfen. Das Kleid kombiniert mehrere Technologien, um eine individuelle Passform und einen individuellen Stil zu schaffen. Wärmeaktivierte Garne, computergestütztes Stricken und robotergesteuerte Aktivierung um jedes Kleidungsstück herum sorgen für die modellierte Passform. Ein Team bei Ministry of Supply traf die Entscheidungen über die verwendeten stabilen Garne, die Farbe, die Originalgröße und das Gesamtdesign.

„Jeder Körper ist anders“, sagt Skylar Tibbits, außerordentliche Professorin an der Fakultät für Architektur und Gründerin des Self-Assembly Lab. „Selbst wenn man die gleiche Größe wie eine andere Person trägt, ist man nicht wirklich gleich“.

Aktive Textilien
Die Studenten des Self-Assembly Lab arbeiten seit mehreren Jahren mit dynamischen Textilien. Die von ihnen hergestellten Garne können ihre Form, ihre Eigenschaften, ihre Isolierung oder ihre Atmungsaktivität verändern. Zu den bisherigen Anwendungen für maßgeschneiderte Kleidungsstücke gehören die Herstellung von Pullovern und Gesichtsmasken. Laut Tibbits ist das 4D-Strickkleid ein Höhepunkt all dessen, was die Studenten bei der Arbeit mit aktiven Textilien gelernt haben.

McKinlay half bei der Herstellung der aktiven Garne, entwarf das Konzeptdesign, entwickelte die Stricktechnik und programmierte die industrielle Strickmaschine des Labors. Sobald das Design des Kleidungsstücks in der Maschine programmiert ist, kann sie schnell mehrere Kleider herstellen. Durch die Platzierung der aktiven Garne im Design kann das Kleid eine Vielzahl von Stilen annehmen, wie z. B. Biesen, Falten, eine Empire-Taille oder eine eng anliegende Taille.

„Das Styling ist wichtig“, sagt McKinlay. „Die meisten Leute konzentrieren sich auf die Größe, aber ich denke, das Styling ist das, was die Kleidung auszeichnet. Wir alle entwickeln uns als Menschen weiter, und ich glaube, dass sich auch unser Stil weiterentwickelt. Nach der Passform konzentrieren sich die Menschen auf den persönlichen Stil.

Danny Griffin, Magisterabschluss und derzeit Doktorand in Architekturdesign, hat keinen Hintergrund in der Bekleidungs- oder Modeindustrie. Tibbits bat Griffin, dem Team beizutreten, da er Erfahrung mit Robotikprojekten im Bauwesen hat. Griffin übersetzte den Wärmeaktivierungsprozess in ein programmierbares Roboterverfahren, das die Anwendung präzise steuern konnte.

„Wenn wir Hitze anwenden, verkürzen sich die Fasern, so dass sich das Textil in einem bestimmten Bereich zusammenzieht, wodurch die Form gestrafft wird, als würden wir das Kleidungsstück zuschneiden“, sagt Griffin. „Wir haben viel ausprobiert, um herauszufinden, wie wir den Roboter und die Heißluftpistole ausrichten müssen. Die Hitze muss genau an den richtigen Stellen angesetzt werden, um die Fasern auf jedem Kleidungsstück zu aktivieren. Eine weitere Herausforderung war die Einstellung der Temperatur und des Zeitplans für die Wärmezufuhr.“

„Wir konnten keine handelsübliche Heißluftpistole verwenden, die wie ein tragbarer Haartrockner aussieht, sie ist zu groß“, sagt Griffin. „Wir brauchten ein kompakteres Design. Als wir das herausgefunden hatten, hat es viel Spaß gemacht, das Drehbuch zu schreiben, dem der Roboter folgen sollte.“

Ein Kleid kann zunächst ein bestimmtes Design haben - zum Beispiel Biesen über der Brust - und monatelang getragen werden, bevor es durch erneute Wärmeanwendung verändert wird. Durch anschließende Wärmeanwendungen kann das Kleid weiter angepasst werden.

Mehr als Passform und Fashion
Die effiziente Herstellung von Kleidungsstücken ist laut Gihan Amarasiriwardena, dem Mitbegründer und Präsidenten von Ministry of Supply, eine „große Herausforderung“ in der Modeindustrie.

„Oft muss man raten, was in einer Saison angesagt ist“, sagt er. „Manchmal läuft der Stil nicht gut, oder manche Größen werden nicht verkauft. Sie werden dann stark heruntergesetzt oder landen schließlich auf einer Mülldeponie.“

„Fast Fashion“ ist ein Begriff, der Kleidung beschreibt, die preiswert, trendy und für den Verbraucher leicht zu entsorgen ist. Sie wird schnell entworfen und produziert, um mit den aktuellen Trends Schritt zu halten. Das 4D-Strickkleid, so Tibbits, ist das Gegenteil von Fast Fashion. Im Gegensatz zum traditionellen „Cut-and-Sew“-Verfahren in der Modeindustrie wird das 4D Strickkleid komplett in einem Stück hergestellt, wodurch praktisch kein Abfall anfällt.

„Vom globalen Standpunkt aus betrachtet, gibt es keine tonnenweise überschüssigen Lagerbestände, da das Kleid auf Ihre Größe zugeschnitten ist“, sagt Tibbits.

McKinlay hofft, dass durch den Einsatz dieser neuen Technologie die Lagerbestände, die Einzelhändler normalerweise am Ende jeder Saison haben, reduziert werden können.

„Das Kleid könnte maßgeschneidert werden, um sich an diese Veränderungen von Stil und Geschmack anzupassen“, sagt sie. „Es könnte auch einige der Größenvariationen auffangen, die Einzelhändler auf Lager haben müssen. Anstelle von extrakleinen, kleinen, mittleren, großen und extragroßen Größen könnten die Einzelhändler ein Kleid für die kleineren Größen und eines für die größeren Größen anbieten. Das sind natürlich genau die gleichen Nachhaltigkeitspunkte, die auch dem Verbraucher zugute kommen würden.

Das Self-Assembly Lab arbeitet bereits seit mehreren Jahren mit Ministry of Supply an Projekten zu aktiven Textilien zusammen. Ende letzten Jahres stellte das Team das 4D-Strickkleid im Flagship-Store des Unternehmens in Boston vor, wobei ein Roboterarm vor den Augen der Kundinnen ein Kleid umarbeitete. Für Amarasiriwardena war dies eine Gelegenheit, das Interesse an dem Kleid zu testen und Feedback von Kunden zu erhalten, die es anprobieren wollten.

„Wenn die Nachfrage da ist, können wir so etwas schnell herstellen“, sagt Amarasiriwardena, im Gegensatz zum üblichen Design- und Herstellungsprozess, der Jahre dauern kann.

Griffin und McKinlay waren bei der Vorführung anwesend und mit den Ergebnissen zufrieden. Für Griffin gibt es nach der Überwindung „technischer Hindernisse“ viele verschiedene Möglichkeiten für das Projekt.

„Diese Erfahrung macht mir Lust auf mehr“, sagt er.

Auch McKinlay würde gerne an weiteren Modellen arbeiten.

„Ich hoffe, dass dieses Forschungsprojekt den Menschen hilft, ihre Beziehung zu Kleidung zu überdenken oder neu zu bewerten“, sagt McKinlay. „Wenn man heute ein Kleidungsstück kauft, hat es nur einen ‚Look‘. Aber wie aufregend wäre es, ein einziges Kleidungsstück zu kaufen und es neu zu erfinden, um es zu verändern und weiterzuentwickeln, wenn man sich verändert oder wenn sich die Jahreszeiten oder Stile ändern? Ich hoffe, dass die Leute genau das mitnehmen werden.

Quelle:

Maria Iacobo | Olivia Mintz | School of Architecture and Planning, MIT Department of Architecture
Übersetzung: Textination

Wasserabweisende Fasern ohne PFAS Bild: Empa
22.04.2024

Wasserabweisende Fasern ohne PFAS

Regenjacken, Badehosen oder Polsterstoffe: Textilien mit wasserabweisenden Eigenschaften benötigen eine chemische Imprägnierung. Fluor-haltige PFAS-Chemikalien sind zwar wirkungsvoll, schaden aber der Gesundheit und reichern sich in der Umwelt an. Empa-Forschende entwickeln nun ein Verfahren mit alternativen Substanzen, mit dem sich umweltfreundliche wasserabweisende Textilfasern erzeugen lassen. Erste Analysen zeigen: Die „guten“ Fasern weisen Wasser stärker ab und trocknen schneller als die der herkömmlichen Produkte.

Regenjacken, Badehosen oder Polsterstoffe: Textilien mit wasserabweisenden Eigenschaften benötigen eine chemische Imprägnierung. Fluor-haltige PFAS-Chemikalien sind zwar wirkungsvoll, schaden aber der Gesundheit und reichern sich in der Umwelt an. Empa-Forschende entwickeln nun ein Verfahren mit alternativen Substanzen, mit dem sich umweltfreundliche wasserabweisende Textilfasern erzeugen lassen. Erste Analysen zeigen: Die „guten“ Fasern weisen Wasser stärker ab und trocknen schneller als die der herkömmlichen Produkte.

Soll eine Badehose nach dem Schwimmen ihre Form behalten und schnell trocknen, muss sie zwei Eigenschaften kombinieren: Sie muss elastisch sein und darf sich nicht mit Wasser vollsaugen. Eine derartige wasserabweisende Wirkung lässt sich in der Textilindustrie durch das Behandeln der Textilien mit Chemikalien erreichen, die das elastische Kleidungsstück mit sogenannten hydrophoben Eigenschaften ausstatten. In den 1970er-Jahren begann man, hierfür neuartige synthetische Fluorverbindungen zu verwenden – Verbindungen, die bedenkenlos unzählige Anwendungsmöglichkeiten zu bieten schienen, sich später aber als höchst problematisch herausstellten. Denn diese Fluor-Kohlenstoff-Verbindungen, kurz PFAS, reichern sich in der Umwelt an und schaden der Gesundheit. Empa-Forschende entwickeln daher gemeinsam mit Schweizer Textilunternehmen alternative umweltfreundliche Verfahren, mit denen sämtliche Fasern wasserabweisend ausgerüstet werden können. Dirk Hegemann vom „Advanced Fibers“-Labor der Empa in St. Gallen erläutert das von der Innosuisse geförderte Projekt: „Wir setzen sogenannte hochvernetzte Siloxane ein, die Silikon-ähnliche Schichten erzeugen und – anders als Fluor-haltige PFAS – unbedenklich sind.“

Die Plasma-Beschichtungsanlagen der Empa reichen von handlichen Tischmodellen bis hin zu raumfüllenden Geräten. Für die Faserbeschichtung werden die Siloxane in einem reaktiven Gas zerstäubt und aktiviert. Auf diese Weise behalten sie ihre funktionalen Eigenschaften und umschliessen die Textilfasern mit einer nur 30-Nanometer-feinen wasserabweisenden Hülle. Derart beschichtete Fäden lassen sich danach zu wasserabweisenden Textilien jeglicher Art verarbeiten, etwa zu Kleidungsstücken oder technischen Textilien wie Polsterstoffe.

Der Vorteil gegenüber herkömmlichen nasschemischen Verfahren: Selbst bei komplex strukturierten Textilien ist die lückenlose Verteilung der hydrophoben Substanzen bis in alle Windungen der verschlungenen Fasern gewährleistet. Dies ist zentral, denn schon eine winzige benetzbare Stelle würde genügen, damit Wasser in die Tiefe einer Badehose eindringt und so das schnelle Trocknen des Kleidungsstücks verhindert. „Es ist uns sogar gelungen, selbst anspruchsvollere, elastische Fasern mit dem neuen Verfahren dauerhaft zu imprägnieren, was bisher nicht möglich war“, so Empa-Forscher Hegemann.

Großes Interesse der Industrie
In ersten Laboranalysen schneiden Textilien aus den neuen Fasern mit umweltfreundlicher Beschichtung bereits leicht besser ab als herkömmliche PFAS-beschichtete Stoffe: Sie saugen weniger Wasser auf und trocknen schneller. So richtig ins Gewicht fallen die wundersamen Eigenschaften der Fluor-freien Beschichtung aber erst nach mehrmaligem Waschen der Textilien: Während die herkömmliche PFAS-Imprägnierung bei dehnbaren Textilien bereits deutlich leidet, bleibt die Fluor-freie Faser auf hohem Niveau. Damit ist sie trotz Beanspruchung doppelt so wasserabweisend und trocknet deutlich effizienter.

Hegemann und sein Team sind nun daran, das Fluor-freie Laborverfahren zu leistungsfähigen und wirtschaftlich tragfähigen industriellen Prozessen zu skalieren. „Die Industrie ist sehr interessiert, nachhaltige Alternativen zu PFAS zu finden“, sagt Hegemann. Die Schweizer Textilunternehmen Lothos KLG, beag Bäumlin & Ernst AG und AG Cilander sind daher bereits mit an Bord, wenn es darum geht, umweltfreundliche Fluor-freie Textilien zu entwickeln. „Eine gelungene Zusammenarbeit, die Materialien, Fasertechnologie und Plasmabeschichtung kombiniert und zu einer innovativen, nachhaltigen und effektiven Lösung führt“, sagt etwa Dominik Pregger von Lothos. Bernd Schäfer, CEO von beag, fügt an: „Die Technologie ist umweltfreundlich und verfügt gleichzeitig über ein interessantes wirtschaftliches Potenzial.“

Weitere Informationen:
Empa PFAS Plasma Fasern
Quelle:

Dr. Andrea Six, EMPA

Berufsbekleidung: Nordische Zusammenarbeit bei Kreislaufinnovationen Foto: Sven, pixabay
16.04.2024

Berufsbekleidung: Nordische Zusammenarbeit bei Kreislaufwirtschaft

Die University of Borås, die Aalborg University Business School und das Circular Innovation Lab haben jüngst das Projekt „North-South Circular Value Chains Within Textiles“ gestartet - ein Forschungsprojekt mit einem starken Fokus auf Nachhaltigkeit, das darauf abzielt, Textilmarken in den nordischen Ländern mit innovativen Produzenten im Süden zusammenzubringen.
 
Schwerpunktbereiche sind Kreislauf-Wertschöpfungsketten (CVCs), Kreislaufwirtschaft und ressourceneffiziente Textilwirtschaft, Berufsbekleidung und technische Kleidung, Sektoren wie Bau, Energie, Elektronik und IT, Kunststoffe, Textilien, Einzelhandel und Metalle.

Die University of Borås, die Aalborg University Business School und das Circular Innovation Lab haben jüngst das Projekt „North-South Circular Value Chains Within Textiles“ gestartet - ein Forschungsprojekt mit einem starken Fokus auf Nachhaltigkeit, das darauf abzielt, Textilmarken in den nordischen Ländern mit innovativen Produzenten im Süden zusammenzubringen.
 
Schwerpunktbereiche sind Kreislauf-Wertschöpfungsketten (CVCs), Kreislaufwirtschaft und ressourceneffiziente Textilwirtschaft, Berufsbekleidung und technische Kleidung, Sektoren wie Bau, Energie, Elektronik und IT, Kunststoffe, Textilien, Einzelhandel und Metalle.

Ermöglicht durch einen Zuschuss aus dem Interreg-ÖKS-Programm besteht der erste Schritt darin, einen spezifischen wirtschaftlichen, rechtlichen und technologischen Rahmen zu schaffen, der es skandinavischen Berufsbekleidungsunternehmen ermöglicht, eine enge Zusammenarbeit bei Kreislauflösungen in der gesamten textilen Wertschöpfungskette einzugehen und ihre globalen Wertschöpfungsketten auf die bevorstehenden EU-Verordnungen zur Kreislaufwirtschaft vorzubereiten und anzupassen.

Kürzlich trafen sich die Partner des Konsortiums zu einem ersten Treffen an der Swedish School of Textiles, um den Projektrahmen zu erörtern. Dabei handelt es sich um eine Machbarkeitsstudie, die in ein mehrjähriges Projekt münden soll, an dem Berufsbekleidungsunternehmen in der Region Öresund-Kattegat-Skagerrak (ÖKS) einschließlich ihrer Lieferketten in Asien beteiligt sind.
Kim Hjerrild, Leiterin für strategische Partnerschaften bei der dänischen Denkfabrik Circular Innovation Lab in Kopenhagen, erklärte: „Ziel ist es, Berufsbekleidungshersteller in Dänemark, Schweden und Norwegen dabei zu unterstützen, durch kreislauforientierte Produktdesign-, Produktions- und Dienstleistungskonzepte nachhaltiger zu werden. Wir freuen uns, dass die Swedish School of Textiles das Projekt leitet, da sie eine lange Tradition in der Zusammenarbeit mit Textilunternehmen hat.“
 
Komplexe Branche
Die Entscheidung, sich speziell auf Berufsbekleidung zu konzentrieren, rührt daher, dass es sich um einen komplexen Bereich der Textilindustrie handelt, der strenge Normen, Zertifizierungen, Sicherheitsaspekte und spezifische Funktionen je nach Anwendungsbereich erfordert, z. B. in speziellen Hochleistungsumgebungen, im Gesundheitswesen und im Gastgewerbe. „Um ihre Betriebe zukunftssicher zu machen, müssen Unternehmen ressourceneffizienter und zirkulärer werden, indem sie haltbare und langlebige Arbeitskleidung herstellen, die repariert und wiederverwendet werden kann. Außerdem müssen sie ihren CO2-Fußabdruck pro Produkt reduzieren, den Einsatz problematischer Chemikalien minimieren und zunehmend recycelte Materialien verwenden“, erklärt Kim Hjerrild.

Unternehmen mit Hilfsmitteln und Wissen versorgen
Apoorva Arya, Gründerin und CEO von Circular Innovation Lab, führt aus: „Unser erstes und wichtigstes Ziel ist es, skandinavische Berufsbekleidungsunternehmen mit Hilfsmitteln und Wissen auszustatten, damit sie die kommenden EU-Richtlinien und -Politik einhalten können. Dazu gehören Vorschriften über produktspezifische Designanforderungen, Arbeitsbedingungen für Arbeitnehmer und Menschenrechte, von der Produktion bis hin zu Drittlieferanten. Wir stellen sicher, dass diese Unternehmen, insbesondere ihre Zulieferer, zu einer kreislauforientierten Lieferkette übergehen und sich in der gesetzlichen Landschaft zurechtfinden können, während sie gleichzeitig ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem globalen Markt gewährleisten.“

Neue Strukturen im Fokus
Rudrajeet Pal, Professor für Textilmanagement an der Swedish School of Textiles, freut sich, dass die Universität das Projekt koordinieren kann. „Aus der Sicht meiner Forschungsgruppe ist dies unglaublich interessant, da der Schwerpunkt auf der Untersuchung und Entwicklung 'neuer' Lieferketten- und Geschäftsmodellstrukturen liegt, die eine nachhaltige Wertschöpfung in Textilunternehmen, in der Industrie sowie für die Umwelt und die Gesellschaft insgesamt ermöglichen würden. Wir haben bereits mehrere Projekte durchgeführt, bei denen ein solcher globaler Nord-Süd-Fokus der Wertschöpfungskette im Vordergrund stand, und dieses Mal insbesondere die Wertschöpfungskette von Berufsbekleidungsunternehmen zwischen Skandinavien und Asien. Wir freuen uns, unser Fachwissen und unsere Erfahrung in der internationalen Arbeit einbringen zu können."
 
Über das Vorprojekt North-South Circular Value Chains Within Textiles, NSCirTex
Das Projekt zielt darauf ab, den zirkulären Übergang in den nordischen Ländern zu unterstützen, indem ein gemeinsames Governance-Modell eingerichtet wird, das eine vorwettbewerbliche Zusammenarbeit und die Gestaltung zirkulärer Wertschöpfungsketten zwischen skandinavischen Berufsbekleidungsunternehmen in der ÖKS-Region und Produzenten in Indien, Bangladesch, Vietnam und der Türkei ermöglicht.

Der nächste Schritt ist ein mehrjähriges Hauptprojekt, in dem Berufsbekleidungsunternehmen mit ihren Zulieferern in asiatischen Ländern maßgeschneiderte Modelle für eine gemeinsame Unternehmensführung testen können, um praktische zirkuläre Lösungen zu entwickeln, wie z. B. Post-Consumer-Recycling, zirkuläre Materialbeschaffung, Entwicklung sicherer und ressourceneffizienter zirkulärer Produkte, Verbesserung der sozialen Nachhaltigkeit und der Sorgfaltspflicht usw. Das Hauptprojekt wird somit Lösungen zur Verringerung des materiellen Fußabdrucks und der Ressourcennutzung entwickeln und dabei sowohl wirtschaftliche Rentabilität schaffen als auch neue Vorschriften, Berichterstattung und Rechenschaftspflicht vorbereiten.

Partner in dieser Machbarkeitsstudie: Universität Borås, Aalborg University Business School und Circular Innovation Lab. Die Durchführbarkeitsstudie wird von der EU über den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung Interreg Öresund-Kattegat-Skagerrak finanziert.

Quelle:

University of Borås, Solveig Klug

Smarte Textilien machen Berührungen spürbar (c) Oliver Dietze
10.04.2024

Virtueller Hautkontakt durch smarte Textilien

Smarte Textilien sollen ermöglichen, auch vom Körpergefühl her in die virtuelle Realität einzutauchen und Berührungen am eigenen Leib zu spüren. Eine hauchdünne Folie, die Berührungsempfindungen übertragen kann, macht dabei Stoffe zur zweiten, virtuellen Haut. Schwer kranken Kindern in Isolierstationen soll sie die Körpernähe ihrer Eltern bei computersimulierten Besuchen spürbar machen. Das Team der Professoren Stefan Seelecke und Paul Motzki stellt die Technologie auf der Hannover Messe vor.

Smarte Textilien sollen ermöglichen, auch vom Körpergefühl her in die virtuelle Realität einzutauchen und Berührungen am eigenen Leib zu spüren. Eine hauchdünne Folie, die Berührungsempfindungen übertragen kann, macht dabei Stoffe zur zweiten, virtuellen Haut. Schwer kranken Kindern in Isolierstationen soll sie die Körpernähe ihrer Eltern bei computersimulierten Besuchen spürbar machen. Das Team der Professoren Stefan Seelecke und Paul Motzki stellt die Technologie auf der Hannover Messe vor.

Die Hand auf der Schulter, ein Streicheln am Arm, eine Umarmung: Solche Berührungen beruhigen, trösten, vermitteln Sicherheit, Geborgenheit und Nähe. Geben die Nervenzellen der Haut solche Reize weiter, werden blitzschnell viele Hirnbereiche aktiv und fachen die körpereigene Biochemie an. Hormone und andere Botenstoffe werden ausgeschüttet, darunter Oxytocin, das Wohlgefühl und Bindung entstehen lässt. Videokonferenzen dagegen lassen uns eher kalt, Geborgenheit und Nähe sind kaum zu spüren – es fehlt das Körperliche. Aber was, wenn Nähe wichtig ist, wenn Kinder schwer krank sind, aber die Eltern nicht zu ihnen können? Wenn Körperkontakt wegen eines geschwächten Immunsystems nicht sein darf?

Damit Kinder in Isolierstationen die Körpernähe ihrer Eltern auch bei virtuellen Besuchen spüren und möglichst realitätsnah in dieses Erlebnis eintauchen können, arbeitet an der Universität des Saarlandes, an der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes (htw saar), am Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (ZeMA) und am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) ein Forschungsteam über die Fachgrenzen hinweg zusammen. An der Schnittstelle von Ingenieurwissenschaft, Neurotechnologie, Medizin und Informatik entwickeln die Forscherinnen und Forscher im Projekt „Multi-Immerse“ eine virtuelle Begegnung, die alle Sinne ansprechen soll. „Immerse“ steht dabei für „Eintauchen“, für eine intensive Sinneswahrnehmung. Die jungen Patientinnen und Patienten sollen über neue Technologien ihre Eltern und Geschwister möglichst realitätsnah sehen, hören, fühlen und trotz der räumlichen Trennung dennoch ihre intensive Nähe spüren.

Für das Fühlen und die taktile Wahrnehmung zuständig ist dabei die Forschungsgruppe der Professoren Stefan Seelecke und Paul Motzki an der Universität des Saarlandes und am Saarbrücker ZeMA: Sie sind Spezialisten darin, Oberflächen mithilfe leichter Silikonfolien neuartige Fähigkeiten zu verleihen. Die Ingenieurinnen und Ingenieure machen die gerade mal 50 Mikrometer dünnen Folien zu einer zweiten Haut: Wie die Haut Schnittstelle des menschlichen Körpers zu seiner realen Außenwelt ist, soll die Folie seine Schnittstelle zur virtuellen Welt werden. Damit soll eine neue Körperwahrnehmung in der fiktiven Realität entstehen.

In einem Textil eingearbeitet, sollen die Folien die Berührungen auf die Haut des Kindes übertragen, die entstehen, wenn Mutter oder Vater andernorts über ein zweites smartes Textil streichen. „Wir nutzen dabei die Folien, sogenannte dielektrische Elastomere, als Sensoren, um die Berührungsbewegungen zu erfassen, und zugleich auch als Aktoren, also Antriebe, um diese Bewegungen weiterzugeben“, erklärt Stefan Seelecke, Professor für intelligente Materialsysteme. Die Folie erkennt als Sensor wie genau Hand und Finger die Folie beim Darüberstreichen eindrücken, eindellen und dehnen. Exakt diese Deformation, die durch die Berührungsbewegungen entsteht, imitiert die Folie in einem zweiten Textil auf der Haut des Kindes, um so etwa auf dem Arm den Eindruck eines Darüberstreichens zu vermitteln.

„Die Ober- und Unterseite der Folie sind mit einer leitfähigen, hochdehnbaren Elektrodenschicht bedruckt. Wenn wir hieran eine elektrische Spannung anlegen, ziehen sich die Elektroden durch die elektrostatische Anziehung an und stauchen die Folie, die zur Seite ausweicht und dabei ihre Fläche vergrößert“, erklärt Professor Paul Motzki die Technologie, der die Brückenprofessur „Smarte Materialsysteme für innovative Produktion“ zwischen Universität des Saarlandes und ZeMA innehat. Bei jeder kleinsten Bewegung ändert sich hierbei die elektrische Kapazität der Folie: eine physikalische Größe, die gemessen werden kann. Streicht also ein Finger über die Folie, verformt er diese und jeder einzelnen Stellung lässt sich ein exakter Messwert der elektrischen Kapazität zuordnen: Eine bestimmte Zahl beschreibt eine ganz bestimmte Stellung der Folie. Eine Abfolge dieser einzelnen Messwerte setzt einen Bewegungsablauf in Gang. Die Folie ist damit ihr eigener dehnbarer Sensor, der selbst erkennt, wie sie verformt wird.

Mit den Messwerten der einzelnen Verformungen können die Forscher etwa Streichelbewegungen durch das smarte Textil auf den Arm des Kindes übertragen. Sie können die Folie auch gezielt ansteuern. Durch intelligente Algorithmen lassen sich in einer Regelungseinheit Bewegungsabläufe vorausberechnen und programmieren. „Wir können die Folie stufenlos Hubbewegungen vollführen lassen, so dass es sich wie ansteigender Druck anfühlt oder auch eine bestimmte Position halten“, erklärt Doktorandin Sipontina Croce, die im Projekt forscht. Aber auch Klopfbewegungen sind möglich. Frequenz und Schwingungen können die Forscherinnen und Forscher beliebig verändern.

Auf der Hannover Messe demonstriert das Team seine Technologie mit einer „Uhr“, auf deren Rückseite eine smarte Folie angebracht ist. „Wir können mehrere solcher smarter Bausteine aneinanderreihen, so dass zum Beispiel eine lange Streichbewegung übertragen werden kann. Hierzu vernetzen wir diese Bausteine, so dass sie wie ein Schwarm untereinander kommunizieren und kooperieren“, erklärt Paul Motzki.

Das Verfahren ist günstig, leicht, geräuschlos und energieeffizient. Die Folientechnologie kann auch bei Computerspielen das Spielerlebnis durch eine realistische Körperwahrnehmung intensiver machen. In anderen Projekten kleiden die Ingenieure mit ihren Folien Arbeitshandschuhe für die Industrie 4.0 aus oder lassen den Eindruck von Knopfkanten entstehen, so dass aus dem Nichts heraus Tasten oder Schieberegler spürbar werden, wodurch sie Bedienoberflächen nutzerfreundlicher machen.

Auf der Hannover Messe zeigen die Saarbrücker Expertinnen und Experten für intelligente Materialsysteme weitere Entwicklungen mit dielektrischen Elastomeren: so zum Beispiel weitere smarte Textilien wie sensorische Shirts oder Schuhsohlen, auch Pumpen und Vakuumpumpen sowie Hochleistungsaktoren.

Quelle:

Universität des Saarlandes

Textilabfall Ki generiertes Bild: Pete Linforth, Pixabay
02.04.2024

Die Zukunft zirkulärer Textilien: „New Cotton“-Projekt abgeschlossen

Als Weltpremiere für die Modeindustrie hatten sich im Oktober 2020 zwölf Pionierunternehmen zusammengefunden, um neue Wege zu beschreiten und ein Kreislaufmodell für die kommerzielle Bekleidungsproduktion zu entwickeln. Mehr als drei Jahre lang wurden Textilabfälle gesammelt und sortiert und mithilfe der Technologie zur Wiederherstellung von Textilfasern der Infinited Fiber Company zu einer neuen, künstlichen Zellulosefaser recycelt, die aussieht und sich anfühlt wie Baumwolle - eine „neue Baumwolle“.

Als Weltpremiere für die Modeindustrie hatten sich im Oktober 2020 zwölf Pionierunternehmen zusammengefunden, um neue Wege zu beschreiten und ein Kreislaufmodell für die kommerzielle Bekleidungsproduktion zu entwickeln. Mehr als drei Jahre lang wurden Textilabfälle gesammelt und sortiert und mithilfe der Technologie zur Wiederherstellung von Textilfasern der Infinited Fiber Company zu einer neuen, künstlichen Zellulosefaser recycelt, die aussieht und sich anfühlt wie Baumwolle - eine „neue Baumwolle“.

Das zukunftsweisende New Cotton Project startete im Oktober 2020 mit dem Ziel, eine zirkuläre Wertschöpfungskette für die kommerzielle Bekleidungsproduktion aufzuzeigen. Während des gesamten Projekts arbeitete das Konsortium daran, Alttextilien zu sammeln und zu sortieren, die mithilfe der innovativen Infinited Fiber-Technologie zu einer neuen zellulosehaltigen Chemiefaser namens Infinna™ recycelt werden konnten, die genauso aussieht und sich anfühlt wie neue Baumwolle. Die Fasern wurden zu Garnen gesponnen und zu verschiedenen Geweben verarbeitet, die von adidas und H&M entworfen, produziert und verkauft wurden. Der adidas by Stella McCartney-Trainingsanzug sowie eine bedruckte Jacke und Jeans von H&M sind damit die ersten Produkte, die von einem kreislauforientierten Konsortium dieser Größenordnung hergestellt wurden und damit einen innovativen und kreislauforientierten Ansatz für die Modeindustrie aufzeigt.
 
Da das Projekt im März 2024 abgeschlossen wurde, stellt das Konsortium acht Schlüsselfaktoren in den Fokus, die es als grundlegend für die erfolgreiche Skalierung des Faser-zu-Faser-Recyclings erachtet.

Die breite Einführung zirkulärer Wertschöpfungsketten ist entscheidend für den Erfolg
Die Kreislaufwirtschaft im Textilbereich erfordert neue Formen der Zusammenarbeit und des offenen Wissensaustauschs zwischen verschiedenen Akteuren in Kreislaufökosystemen. Diese Ökosysteme müssen Akteure einbeziehen, die über die traditionellen Lieferketten hinausgehen und bisher voneinander getrennte Industrien und Sektoren wie die Textil- und Modebranche, die Abfallsammlung und -sortierung und die Recyclingindustrie sowie digitale Technologien, Forschungsorganisationen und politische Entscheidungsträger einbeziehen. Damit das Ökosystem effektiv funktionieren kann, müssen die verschiedenen Akteure an der Abstimmung von Prioritäten, Zielen und Arbeitsmethoden beteiligt sein und die Bedürfnisse, Anforderungen und technisch-wirtschaftlichen Möglichkeiten der anderen kennenlernen. Aus einer breiteren Perspektive betrachtet, ist auch ein grundlegenderer Wandel in den Denkweisen und Geschäftsmodellen im Hinblick auf einen systemischen Übergang zur Kreislaufwirtschaft erforderlich, z. B. die Abkehr von den linearen Geschäftsmodellen der Fast Fashion. Neben dem offenen Wissensaustausch innerhalb solcher Ökosysteme ist es ebenfalls wichtig, gelernte Lektionen und Erkenntnisse öffentlich zu machen, um andere Marktteilnehmer bei der Umstellung auf die Kreislaufwirtschaft zu unterstützen und zu inspirieren.
     
Kreislaufwirtschaft beginnt mit dem Designprozess
Bei der Entwicklung neuer Styles ist es wichtig, von Anfang an ein End-of-Life-Szenario im Auge zu behalten. Denn davon hängt ab, welche Verzierungen, Drucke und Accessoires verwendet werden können. Wenn Designer es dem Recyclingprozess so einfach wie möglich machen, ist die Chance größer, dass die Kleidung tatsächlich wieder als Rohstoff verwendet wird. Darüber hinaus ist es wichtig, Geschäftsmodelle zu entwickeln, die es ermöglichen, Produkte so lange wie möglich zu nutzen, einschließlich Reparatur-, Miet-, Wiederverkaufs- und Sharing-Dienste.

Aufbau und Ausbau von Sortier- und Recyclinginfrastrukturen sind entscheidend
Um die kreislauforientierte Bekleidungsproduktion auszubauen, bedarf es technologischer Innovationen und der Entwicklung von Infrastrukturen für die Sammlung und Sortierung von Alttextilien sowie für die mechanische Vorverarbeitung des Ausgangsmaterials. Derzeit erfolgt ein Großteil der Textilsortierung manuell, und die verfügbaren optischen Sortier- und Identifizierungstechnologien sind nicht in der Lage, Kleidungsschichten und komplexe Fasermischungen zu erkennen oder Abweichungen in der Qualität des Ausgangsmaterials für das Faser-zu-Faser-Recycling festzustellen. Die Vorbehandlung des Ausgangsmaterials ist ein entscheidender Schritt im Textil-zu-Textil-Recycling, der jedoch außerhalb derjenigen, die ihn tatsächlich ausführen, nicht gut verstanden wird. Dies erfordert eine Zusammenarbeit über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg, und es bedarf eingehender Kenntnisse und Fähigkeiten, um dies richtig zu tun. Dies ist ein Bereich, der mehr Aufmerksamkeit und stärkere wirtschaftliche Anreize braucht, wenn das Textil-zu-Textil-Recycling ausgebaut wird.

Die Verbesserung von Qualität und Datenlage ist entscheidend
Es besteht immer noch ein erheblicher Mangel an verfügbaren Daten, die den Übergang zu einer Kreislauftextilindustrie unterstützen. Dies bremst die Entwicklung von Systemlösungen und wirtschaftlichen Anreizen für den Textilkreislauf. So werden beispielsweise die Mengen der auf den Markt gebrachten Textilien oft als Ersatz für die Mengen an Post-Consumer-Textilien herangezogen, aber die verfügbaren Daten sind mindestens zwei Jahre alt und oft unvollständig. Auch auf nationaler Ebene kann es unterschiedliche Zahlen zu Textilabfällen geben, die aufgrund unterschiedlicher Methoden oder Datenjahre nicht übereinstimmen. Dies zeigt sich in den Berichten der niederländischen Massenbilanzstudie 2018 und des Überwachungsberichts zur Kreislaufwirtschaftspolitik für Textilien 2020, wo es einen Unterschied von 20 % zwischen den auf den Markt gebrachten Zahlen und den gemessenen Mengen an separat gesammelten und im gemischten Restmüll enthaltenen Post-Consumer-Textilien gibt. Abgesehen von einigen guten Studien wie Sorting for Circularity Europe und der jüngsten Charakterisierungsstudie von ReFashion gibt es auch fast keine zuverlässigen Informationen über die Faserzusammensetzung im Post-Consumer-Textilstrom. Textil-zu-Textil-Recycler würden von einer besseren Verfügbarkeit zuverlässigerer Daten profitieren. Die politische Überwachung von Systemen der erweiterten Herstellerverantwortung sollte sich darauf konzentrieren, die Anforderungen an die Berichterstattung in ganz Europa von der Sammlung von Post-Consumer-Textilien bis zu ihrem endgültigen Endpunkt zu standardisieren und Anreize für die Digitalisierung zu schaffen, damit die Berichterstattung automatisiert werden kann und hochwertige Textildaten nahezu in Echtzeit zur Verfügung stehen.

Die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Forschung und Entwicklung über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg
Insgesamt deuten die Ergebnisse des New Cotton Project darauf hin, dass Stoffe, die Infinna™-Fasern enthalten, eine nachhaltigere Alternative zu herkömmlichen Baumwoll- und Viskosegeweben darstellen, wobei sie ähnliche Leistungsmerkmale und ästhetische Qualitäten aufweisen. Dies könnte erhebliche Auswirkungen auf die Textilindustrie im Hinblick auf Nachhaltigkeit und umweltfreundlichere Produktionsverfahren haben. Das Projekt hat jedoch auch gezeigt, dass die Skalierung des Faser-zu-Faser-Recyclings weiterhin kontinuierliche Forschung und Entwicklung in der gesamten Wertschöpfungskette erfordert. So ist beispielsweise der Bedarf an Forschung und Entwicklung im Bereich der Sortiersysteme von entscheidender Bedeutung. Im Rahmen des chemischen Recyclings ist es ebenfalls erforderlich, eine hohe Rückgewinnungsrate und den Kreislauf der verwendeten Chemikalien sicherzustellen, um die Umweltauswirkungen des Prozesses zu begrenzen. Bei den Herstellungsprozessen wurde überdies hervorgehoben, dass eine kontinuierliche Innovation bei der Verarbeitungsmethode von Vorteil ist und dass Technologien und Marken eng mit den Herstellern zusammenarbeiten müssen, um die weitere Entwicklung in diesem Bereich zu unterstützen.

Über weniger umweltbelastende Fasern hinaus denken
Die von Dritten geprüfte Ökobilanz der Wertschöpfungskette des New Cotton Project zeigt, dass die Cellulosecarbamatfaser, insbesondere wenn sie mit einer erneuerbaren Stromquelle hergestellt wird, im Vergleich zu herkömmlicher Baumwolle und Viskose potenziell geringere Umweltauswirkungen aufweist. Es ist jedoch zu beachten, dass dieser Vergleich auf der Grundlage von durchschnittlichen globalen Datensätzen von Ecoinvent für Baumwoll- und Viskosefasern durchgeführt wurde und dass die Umweltleistung der auf dem Markt erhältlichen Primärfasern unterschiedlich ist. Die Analyse verdeutlicht jedoch auch, wie wichtig der Rest der Zuliefererkette für die Verringerung der Umweltauswirkungen ist. Die Ergebnisse zeigen, dass selbst bei einer Verringerung der Umweltauswirkungen durch die Verwendung von Recyclingfasern in anderen Phasen des Lebenszyklus noch einiges zu tun ist. So sind zum Beispiel die Qualität der Kleidungsstücke und ihre Nutzung während ihrer gesamten Lebensdauer entscheidend für die Verringerung der Umweltauswirkungen pro Kleidungsstück.
          
Einbeziehung der Verbraucher
Die EU hat die Kultur als eines der Haupthindernisse für die Einführung der Kreislaufwirtschaft in Europa identifiziert. Eine quantitative Verbraucherbefragung von adidas, die während des Projekts in drei wichtigen Märkten durchgeführt wurde, ergab, dass es immer noch Verwirrung über die Kreislaufwirtschaft bei Textilien gibt, was die Bedeutung einer effektiven Kommunikation mit den Verbrauchern und von Aktivitäten zur Einbindung der Öffentlichkeit verdeutlicht hat.
     
Einheitliche Rechtsvorschriften
Die Gesetzgebung ist ein wirksames Instrument, um die Einführung nachhaltigerer und kreislauforientierter Praktiken in der Textilindustrie voranzutreiben. Da allein in der EU mehrere neue Gesetzesvorhaben anstehen, ist ein kohärenter und harmonisierter Ansatz für die erfolgreiche Umsetzung der Politik in der Textilindustrie unerlässlich. Die Betrachtung des Zusammenhangs zwischen unterschiedlichen Rechtsvorschriften wie der erweiterten Herstellerverantwortung und der Verordnung über das Ökodesign für nachhaltige Produkte sowie der entsprechenden Umsetzungsfristen wird den Akteuren in der gesamten Wertschöpfungskette helfen, sich effektiv auf die Annahme dieser neuen Vorschriften vorzubereiten.

Die hohe und ständig wachsende Nachfrage nach recycelten Materialien setzt voraus, dass alle denkbaren End-of-Use-Textilien gesammelt und sortiert werden müssen. Um die Nachfrage zu befriedigen, werden sowohl mechanische als auch chemische Recyclinglösungen benötigt. Außerdem sollten wir beide Wege, den geschlossenen Kreislauf (Faser-zu-Faser) und den offenen Kreislauf (Faser zu anderen Sektoren), effektiv umsetzen. Der Export von minderwertigen wiederverwendbaren Textilien in Länder außerhalb der EU muss dringend überdacht werden. Es wäre vorteilhafter, sie in Europa wiederzuverwenden oder, wenn sie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, diese Textilien im europäischen Binnenmarkt zu recyceln, anstatt sie in Länder zu exportieren, in denen die Nachfrage oft nicht gesichert und die Abfallwirtschaft unzureichend ist.

Insgesamt verdeutlichen die Erkenntnisse die Notwendigkeit eines ganzheitlichen Ansatzes und eines grundlegenden Umdenkens in den Arbeitsweisen der Textilindustrie. Eine vertiefte Zusammenarbeit und ein Wissensaustausch sind von zentraler Bedeutung für die Entwicklung effektiver Kreislauf-Wertschöpfungsketten, die dazu beitragen, die Skalierung innovativer Recyclingtechnologien zu unterstützen und die Verfügbarkeit von Recyclingfasern auf dem Markt zu erhöhen. Die Weiterentwicklung und Skalierung des Sammelns und Sortierens sowie die Behebung der erheblichen Lücken bei der Verfügbarkeit von qualitativ hochwertigen Daten über die Textilströme sollten dringend Vorrang haben. Das New-Cotton-Projekt hat auch gezeigt, dass Recycling-Fasern wie Infinna™ eine nachhaltigere Alternative zu einigen anderen traditionellen Fasern darstellen, gleichzeitig aber auch verdeutlicht, wie wichtig es ist, die Wertschöpfungskette als Ganzes zu betrachten, um die Umweltauswirkungen zu verringern. Kontinuierliche Forschung und Entwicklung über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass wir in Zukunft recycelte Textilien in großem Maßstab anbieten können.

Das New Cotton Project wurde mit Mitteln aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101000559 gefördert.

Quelle:

Fashion for Good

Foto: Udo Jandrey
22.03.2024

Neues Modell für nachhaltige Strukturen aus textilbewehrtem Beton

Durch die Verstärkung von Beton mit Textilgeweben anstelle von Stahl ist es möglich, weniger Material zu verwenden und schlanke, leichte Strukturen mit deutlich geringeren Umweltbelastungen zu schaffen. Die Technologie zur Verwendung von Carbonfasertextilien existiert bereits, aber es war jedoch eine Herausforderung, eine Grundlage für zuverlässige Berechnungen für komplexe und gewölbte Strukturen zu schaffen. Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden stellen nun eine Methode vor, die es erleichtert, Berechnungen zu skalieren und so den Bau von umweltfreundlicheren Brücken, Tunneln und Gebäuden zu ermöglichen.

Durch die Verstärkung von Beton mit Textilgeweben anstelle von Stahl ist es möglich, weniger Material zu verwenden und schlanke, leichte Strukturen mit deutlich geringeren Umweltbelastungen zu schaffen. Die Technologie zur Verwendung von Carbonfasertextilien existiert bereits, aber es war jedoch eine Herausforderung, eine Grundlage für zuverlässige Berechnungen für komplexe und gewölbte Strukturen zu schaffen. Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden stellen nun eine Methode vor, die es erleichtert, Berechnungen zu skalieren und so den Bau von umweltfreundlicheren Brücken, Tunneln und Gebäuden zu ermöglichen.

„Ein Großteil des Betons, den wir heute verwenden, hat die Funktion einer Schutzschicht, die verhindert, dass die Stahlbewehrung korrodiert. Wenn wir stattdessen Textilbewehrung einsetzen, können wir den Zementverbrauch senken und so weniger Beton verbauen - und damit die Auswirkungen auf das Klima verringern“, sagt Karin Lundgren, Professorin für Betonkonstruktionen an der Fakultät für Architektur und Bauingenieurwesen in Chalmers.

Zement ist ein Bindemittel für Beton und seine Herstellung aus Kalkstein hat große Auswirkungen auf das Klima. Eines der Probleme besteht darin, dass bei der Herstellung große Mengen an Kohlendioxid freigesetzt werden, die im Kalkstein gebunden sind. Jedes Jahr werden weltweit etwa 4,5 Milliarden Tonnen Zement hergestellt, und die Zementindustrie ist für rund 8 Prozent der weltweiten Kohlendioxidemissionen verantwortlich. Es wird daher intensiv an alternativen Methoden und Materialien für Betonkonstruktionen geforscht.

Geringerer Kohlenstoff-Fußabdruck durch dünnere Konstruktionen und alternative Bindemittel
Durch die Verwendung alternativer Bindemittel anstelle von Zement, z. B. Ton oder Vulkanasche, lassen sich die Kohlendioxidemissionen weiter verringern. Bislang ist jedoch unklar, wie gut solche neuen Bindemittel die Stahlbewehrung langfristig schützen können.

„Man könnte das Problem des Korrosionsschutzes umgehen, indem man anstelle von Stahl Kohlenstofffasern als Verstärkungsmaterial verwendet, da diese nicht auf dieselbe Weise geschützt werden müssen. Außerdem kann man noch mehr erreichen, indem man dünne Schalenstrukturen mit geringerer Klimabelastung optimiert“, so Karin Lundgren.

In einer kürzlich in der Fachzeitschrift Construction and Building Materials veröffentlichten Studie beschreiben Karin Lundgren und ihre Kollegen eine neue Modellmethode, die sich bei Analysen zur Beschreibung der Wechselwirkung zwischen Textilbewehrung und Beton als zuverlässig erwiesen hat.

„Wir haben eine Methode entwickelt, die die Berechnung komplexer Strukturen erleichtert und die Notwendigkeit von Tragfähigkeitsprüfungen verringert“, erläutert Karin Lundgren.

Ein Bereich, in dem die textile Bewehrungstechnologie die Umweltauswirkungen erheblich reduzieren könnte, ist die Konstruktion von Geschossdecken. Da der größte Teil der Klimabelastung eines Gebäudes während der Produktion von den Deckenkonstruktionen ausgeht, ist dies eine effektive Möglichkeit, nachhaltiger zu bauen. Eine frühere Forschungsstudie der Universität Cambridge zeigt, dass Textilverstärkungen die Kohlendioxidemissionen im Vergleich zu herkömmlichen Massivdecken um bis zu 65 Prozent reduzieren können.

Ein Methode zur Vereinfachung der Kalkulation
Ein textiles Bewehrungsnetz besteht aus Garnen, wobei jedes Garn aus Tausenden von dünnen Filamenten (langen Endlosfasern) besteht. Die Bewehrungsmatte wird in Beton gegossen, und wenn der textilbewehrte Beton belastet wird, gleiten die Filamente sowohl gegen den Beton als auch gegeneinander im Inneren des Garns. Ein Textilgarn in Beton verhält sich nicht wie eine Einheit, was für das Verständnis der Tragfähigkeit des Verbundmaterials wichtig ist. Die von den Chalmers-Forschern entwickelte Modellierungstechnik beschreibt diese Effekte.

„Man könnte es so beschreiben, dass das Garn aus einem inneren und einem äußeren Kern besteht, die bei Belastung des Betons in unterschiedlichem Maße beeinflusst werden. Wir haben eine Test- und Berechnungsmethode entwickelt, die diese Wechselwirkung beschreibt. In Experimenten konnten wir zeigen, dass unsere Berechnungsmethode auch für komplexe Strukturen zuverlässig genug ist“, sagt Karin Lundgren.

Gemeinsam mit Kollegen wird die Arbeit nun fortgesetzt, um Optimierungsmethoden für größere Strukturen zu entwickeln.

„Angesichts der Tatsache, dass das Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) davon ausgeht, dass sich die Gesamtbodenfläche in der Welt in den nächsten 40 Jahren aufgrund des zunehmenden Wohlstands und des Bevölkerungswachstums verdoppeln wird, müssen wir alles tun, um so ressourceneffizient wie möglich zu bauen, um der Herausforderung des Klimawandels zu begegnen“, sagt Karin Lundgren.

Quelle:

Chalmers | Mia Halleröd Palmgren

Smart glove teaches new physical skills Bild: Alex Shipps/MIT CSAIL
18.03.2024

Intelligenter Handschuh trainiert neue körperliche Fähigkeiten

Der anpassungsfähige intelligente Handschuh der Forscher am MIT CSAIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory) kann dem Benutzer taktile Rückmeldungen geben, um ihm neue Techniken beizubringen, Roboter mit präziserer Handhabung zu steuern und Chirurgen und Piloten zu schulen.

Wahrscheinlich kennen Sie jemanden, der eher visuell oder auditiv lernt, andere nehmen Wissen über eine andere Art und Weise auf: durch Berührung. Die Fähigkeit, taktile Interaktionen zu verstehen, ist besonders wichtig für Aufgaben wie das Erlernen filigraner Operationen und das Spielen von Musikinstrumenten, aber im Gegensatz zu Video und Audio ist es schwierig, Berührungen aufzuzeichnen und zu übertragen.

Der anpassungsfähige intelligente Handschuh der Forscher am MIT CSAIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory) kann dem Benutzer taktile Rückmeldungen geben, um ihm neue Techniken beizubringen, Roboter mit präziserer Handhabung zu steuern und Chirurgen und Piloten zu schulen.

Wahrscheinlich kennen Sie jemanden, der eher visuell oder auditiv lernt, andere nehmen Wissen über eine andere Art und Weise auf: durch Berührung. Die Fähigkeit, taktile Interaktionen zu verstehen, ist besonders wichtig für Aufgaben wie das Erlernen filigraner Operationen und das Spielen von Musikinstrumenten, aber im Gegensatz zu Video und Audio ist es schwierig, Berührungen aufzuzeichnen und zu übertragen.

Um diese Herausforderung zu meistern, haben Forscher des Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) des MIT und anderer Institute einen bestickten intelligenten Handschuh entwickelt, der berührungsbasierte Anweisungen erfassen, reproduzieren und weitergeben kann. Ergänzend entwickelte das Team einen einfachen maschinellen Lernassistenten, der sich daran anpasst, wie verschiedene Benutzer auf taktile Rückmeldungen reagieren, und so ihre Erfahrungen optimiert. Das neue System könnte möglicherweise dazu beitragen, Menschen körperliche Fähigkeiten beizubringen, die Teleoperation von Robotern zu verbessern und das Training in der virtuellen Realität zu unterstützen.

Werde ich Klavier spielen können?
Zur Herstellung ihres intelligenten Handschuhs verwendeten die Forscher eine digitale Stickmaschine, um taktile Sensoren und haptische Aktoren (ein Gerät, das berührungsbasiertes Feedback liefert) nahtlos in Textilien einzubetten. Diese Technologie ist bereits in Smartphones vorhanden, wo haptische Reaktionen durch Antippen des Touchscreens ausgelöst werden. Wenn Sie beispielsweise auf eine iPhone-App tippen, spüren Sie eine leichte Vibration, die von diesem bestimmten Teil des Bildschirms ausgeht. Auf die gleiche Weise sendet das neue adaptive Wearable Feedback an verschiedene Teile Ihrer Hand, um die optimalen Bewegungen für die Ausführung verschiedener Fähigkeiten anzuzeigen.

Mit dem intelligenten Handschuh könnten Nutzer beispielsweise das Klavierspielen erlernen. In einer Demonstration wurde ein Experte damit beauftragt, eine einfache Melodie über eine Reihe von Tasten aufzunehmen und dabei den intelligenten Handschuh zu verwenden, um die Sequenz zu erfassen, mit der er seine Finger auf die Tastatur drückt. Anschließend wandelte ein maschinell lernender Mechanismus diese Sequenz in ein haptisches Feedback um, das dann in die Handschuhe der Studenten eingespeist wurde, damit diese den Anweisungen folgen konnten. Wenn die Hände über demselben Abschnitt schwebten, vibrierten die Aktuatoren an den Fingern entsprechend den darunter liegenden Tasten. Die Software optimiert diese Anweisungen für jeden Benutzer und berücksichtigt dabei die subjektive Ausprägung von Berührungsinteraktionen.

"Menschen führen eine Vielzahl von Aufgaben aus, indem sie ständig mit der Welt um sie herum interagieren", sagt Yiyue Luo MS '20, Hauptautorin der Studie, Doktorandin am MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science (EECS) und CSAIL-Mitglied. "Normalerweise teilen wir diese physischen Interaktionen nicht mit anderen. Stattdessen lernen wir oft, indem wir ihre Bewegungen beobachten, wie beim Klavierspielen oder Tanzen.

"Menschen führen eine Vielzahl von Aufgaben aus, indem sie ständig mit der Welt um sie herum interagieren", sagt Yiyue Luo MS '20, Hauptautorin der Studie, Doktorandin am MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science (EECS) und CSAIL-Mitglied. "Normalerweise teilen wir diese physischen Interaktionen nicht mit anderen. Stattdessen lernen wir oft, indem wir ihre Bewegungen beobachten, wie beim Klavierspielen oder Tanzen.

"Die größte Herausforderung bei der Vermittlung von taktilen Interaktionen besteht darin, dass jeder Mensch haptisches Feedback anders wahrnimmt", fügt Luo hinzu. "Dieses Hindernis hat uns dazu inspiriert, einen intelligenten Agenten zu entwickeln, der lernt, eine adaptive Haptik für die Handschuhe des Einzelnen zu erzeugen, und ihnen so einen praxisnahen Ansatz zum Erlernen der optimalen Bewegung vermittelt."^

Das tragbare System wird mit Hilfe eines digitalen Herstellungsverfahrens an die Spezifikationen der Hand des Benutzers angepasst. Ein Computer erstellt einen Ausschnitt auf der Grundlage der individuellen Handmaße, dann näht eine Stickmaschine die Sensoren und Haptik ein. Innerhalb von 10 Minuten ist das weiche, stoffbasierte Wearable fertig zum Tragen. Das adaptive maschinelle Lernmodell, das zunächst anhand der haptischen Reaktionen von 12 Benutzern trainiert wurde, benötigt nur 15 Sekunden an neuen Benutzerdaten, um das Feedback zu personalisieren.

In zwei weiteren Experimenten wurden Nutzern, die die Handschuhe trugen, beim Spielen von Laptop-Spielen taktile Anweisungen mit zeitabhängigem Feedback gegeben. In einem Rhythmusspiel mussten die Spieler lernen, einem schmalen, gewundenen Pfad zu folgen, um in einen Zielbereich zu gelangen, und in einem Rennspiel mussten die Fahrer Münzen sammeln und das Gleichgewicht ihres Fahrzeugs auf dem Weg zur Ziellinie halten. Das Team von Luo fand heraus, dass die Teilnehmer mit optimierter Haptik die höchste Punktzahl erreichten, im Gegensatz zu Spielern ohne und mit nicht optimierter Haptik.

"Diese Arbeit ist der erste Schritt zum Aufbau personalisierter KI-Assistenten, die kontinuierlich Daten über den Benutzer und die Umgebung erfassen", sagt der Hauptautor Wojciech Matusik, MIT-Professor für Elektrotechnik und Informatik sowie Leiter der Computational Design and Fabrication Group im CSAIL. "Diese Assistenten unterstützen sie dann bei der Ausführung komplexer Aufgaben, beim Erlernen neuer Fähigkeiten und bei der Förderung verbesserten Nutzerverhaltens."

Lebensechte Erfahrung in elektronischen Umgebungen
Bei der Fernsteuerung von Robotern fanden die Forscher heraus, dass ihre Handschuhe Kraftempfindungen auf Roboterarme übertragen können, was ihnen hilft, feinere Greifaufgaben zu erledigen. "Es ist so, als würde man versuchen, einem Roboter beizubringen, sich wie ein Mensch zu verhalten", sagt Luo. In einem Fall setzte das MIT-Team menschliche Teleoperatoren ein, um einem Roboter beizubringen, wie er verschiedene Brotsorten festhalten kann, ohne sie zu deformieren. Indem sie dem Menschen optimales Greifen beibringen, kann er die Robotersysteme in Umgebungen wie der Fertigung präzise steuern, wo diese Maschinen sicherer und effektiver mit ihren Bedienern zusammenarbeiten können."

"Die Technologie des bestickten intelligenten Handschuhs ist eine wichtige Innovation für Roboter", so Daniela Rus, Andrew (1956) und Erna Viterbi Professor für Elektrotechnik und Informatik am MIT, Direktorin des CSAIL und Autorin der Studie. "Mit seiner Fähigkeit, taktile Interaktionen mit hoher Auflösung zu erfassen, ähnlich wie die menschliche Haut, ermöglicht dieser Sensor Robotern, die Welt durch Berührung wahrzunehmen. Die nahtlose Integration von taktilen Sensoren in Textilien überbrückt die Kluft zwischen physischen Handlungen und digitalem Feedback und bietet ein enormes Potenzial für die reaktionsschnelle Steuerung von Robotern und immersives Virtual-Reality-Training."

Auch in der virtuellen Realität könnte die Schnittstelle für ein intensiveres Erlebnis sorgen. Das Tragen von intelligenten Handschuhen würde digitale Umgebungen in Videospielen mit taktilen Eindrücken versehen, so dass die Spieler ihre Umgebung ertasten könnten, um Hindernissen auszuweichen. Darüber hinaus würde die Schnittstelle in virtuellen Trainingskursen für Chirurgen, Feuerwehrleute und Piloten, bei denen es auf Präzision ankommt, eine persönlichere und berührungsbasierte Erfahrung ermöglichen.

Während diese Wearables den Nutzern eine praktischere Erfahrung bieten könnten, glauben Luo und ihre Gruppe, dass sie ihre Wearable-Technologie über die Finger hinaus erweitern könnten. Mit einer stärkeren haptischen Rückmeldung könnten die Schnittstellen Füße, Hüften und andere Körperteile führen, die weniger empfindlich sind als Hände.

Luo betonte auch, dass die Technologie ihres Teams mit einem komplexeren Agenten mit künstlicher Intelligenz auch bei komplexeren Aufgaben wie der Verarbeitung von Ton oder dem Steuern eines Flugzeugs helfen könnte. Derzeit kann die Schnittstelle nur bei einfachen Bewegungen wie dem Drücken einer Taste oder dem Ergreifen eines Objekts helfen. In Zukunft könnte das MIT-System mehr Nutzerdaten einbeziehen und besser angepasste und eng anliegende Wearables herstellen, um die Auswirkungen der Handbewegungen auf die haptischen Wahrnehmungen noch besser zu berücksichtigen.

Luo, Matusik und Rus erstellten die Studie zusammen mit dem Direktor der EECS Microsystems Technology Laboratories und Professor Tomás Palacios, den CSAIL-Mitgliedern Chao Liu, Young Joong Lee, Joseph DelPreto, Michael Foshey und Professor und Studienleiter Antonio Torralba, Kiu Wu von LightSpeed Studios und Yunzhu Li von der University of Illinois in Urbana-Champaign.

Die Arbeit wurde teilweise durch ein MIT Schwarzman College of Computing Fellowship über Google und ein GIST-MIT Research Collaboration Grant unterstützt, mit zusätzlicher Hilfe von Wistron, Toyota Research Institute und Ericsson.

Quelle:

Alex Shipps, MIT CSAIL

Empa-Forscher Simon Annaheim arbeitet an einer Matratze für Neugeborene. Bild: Empa
11.03.2024

Medizin-Textilien und Sensoren: Smarter Schutz für zarte Haut

Hautverletzungen durch anhaltenden Druck entstehen häufig bei Menschen, die ihre Position nicht selbstständig verändern können – etwa erkrankte Neugeborene im Spital oder ältere Menschen. Empa-Forschende bringen jetzt dank erfolgreicher Partnerschaften mit Industrie und Forschung zwei smarte Lösungen für das Wundliegen auf den Weg.

Lastet längere Zeit zu viel Druck auf unserer Haut, nimmt sie Schaden. Zu den Bevölkerungsgruppen, die einem hohen Risiko für derartige Druckverletzungen ausgesetzt sind, gehören beispielsweise Menschen im Rollstuhl, Neugeborene auf der Intensivstation oder Betagte. Die Folgen sind Wunden, Infektionen und Schmerzen.

Hautverletzungen durch anhaltenden Druck entstehen häufig bei Menschen, die ihre Position nicht selbstständig verändern können – etwa erkrankte Neugeborene im Spital oder ältere Menschen. Empa-Forschende bringen jetzt dank erfolgreicher Partnerschaften mit Industrie und Forschung zwei smarte Lösungen für das Wundliegen auf den Weg.

Lastet längere Zeit zu viel Druck auf unserer Haut, nimmt sie Schaden. Zu den Bevölkerungsgruppen, die einem hohen Risiko für derartige Druckverletzungen ausgesetzt sind, gehören beispielsweise Menschen im Rollstuhl, Neugeborene auf der Intensivstation oder Betagte. Die Folgen sind Wunden, Infektionen und Schmerzen.

Die Behandlung ist aufwändig und teuer: Jährlich entstehen Gesundheitskosten von rund 300 Millionen Schweizer Franken. "Darüber hinaus können bestehende Erkrankungen durch derartige Druckverletzungen verschlimmert werden", sagt Empa-Forscher Simon Annaheim vom "Biomimetic Membranes and Textiles"-Labor in St. Gallen. Nachhaltiger wäre es, so Annaheim, den Gewebeschäden vorzubeugen, um sie gar nicht erst entstehen zu lassen. Zwei aktuelle Forschungsprojekte unter Beteiligung der Empa bringen nun entsprechende Lösungen voran: Entwickelt wird hierbei eine Druck-ausgleichende Matratze für Neugeborene auf der Intensivstation und ein textiles Sensorsystem für querschnittsgelähmte Personen und bettlägerige Menschen.

Optimal gebettet am Start des Lebens
Dabei sind die Ansprüche der Haut je nach Alter völlig unterschiedlich: Bei Erwachsenen stehen die Reibung der Haut auf der Liegefläche, physikalische Scherkräfte im Gewebe und eine fehlende Atmungsaktivität von Textilien als Risikofaktoren im Vordergrund. Die Haut von Neugeborenen, die intensivmedizinisch behandelt werden, ist dagegen per se äusserst empfindlich, jeder Flüssigkeits- und Wärmeverlust über die Haut kann zum Problem werden. "Während diese besonders verletzlichen Babys gesundgepflegt werden, sollte die Liegesituation keine zusätzlichen Komplikationen hervorrufen", so Empa-Forscher Annaheim. Dass herkömmliche Matratzen die Lösung für Neugeborene mit ganz unterschiedlichem Gewicht und verschiedenen Erkrankungen sein können, glaubt er nicht. Das Team um Annaheim sucht daher mit Forschenden der ETH Zürich, der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) und des Universitäts-Kinderspital Zürich nach einer optimalen Liegefläche für die zarte Kinderhaut. Diese Matratze müsste sich individuell an den Körper anpassen können, um Kindern bei einem schwierigen Start ins Leben helfen zu können.

Hierzu ermittelten die Forschenden zunächst die Druckverhältnisse an den verschiedenen Körperregionen von Neugeborenen. "Unsere Drucksensoren haben gezeigt, dass Kopf, Schultern und untere Wirbelsäule die Zonen mit dem grössten Risiko für Druckstellen sind", sagt Annaheim. Diese Ergebnisse flossen in die Entwicklung einer luftgefüllten Matratze der besonderen Art ein: Ihre drei Kammern können mit Hilfe von Drucksensoren und einem Mikroprozessor über eine elektronische Pumpe präzise so befüllt werden, dass der Druck an den jeweiligen Stellen minimiert wird. Eine an der Empa entwickeltes Infrarot-Laser-Verfahren erlaubte es dabei die Matratze aus einer flexiblen, mehrschichtigen und hautschonenden Polymermembran ohne störende Kanten zu erzeugen.

Nach einem mehrstufigen Entwicklungsprozess im Labor durften erste kleine Patientinnen und Patienten auf dem Prototyp der Matratze liegen. Der Effekt machte sich sofort bemerkbar, als die Forschenden die Matratze je nach den individuellen Bedürfnissen der Babys unterschiedlich stark mit Luft füllten: Gegenüber einer herkömmlichen Schaumstoffmatratze reduzierte der Prototyp den Druck auf die gefährdeten Körperstellen um bis zu 40 Prozent.

Nach dieser erfolgreichen Pilotstudie wird der Prototyp in den Empa-Labors nun weiter optimiert. Demnächst starten Simon Annaheim und Doktorand Tino Jucker eine grösser angelegte Studie mit der neuen Matratze mit der Abteilung für Intensivmedizin & Neonatologie am Kinderspital Zürich.

Intelligente Sensoren beugen vor
In einem weiteren Projekt arbeiten Empa-Forschende daran, den sogenannten Dekubitus-Gewebeschäden bei Erwachsenen vorzubeugen. Hierbei werden die Risikofaktoren Druckbelastung und Durchblutungsstörung in hilfreiche Warnsignale umgewandelt.

Liegt man längere Zeit in der gleichen Position, führen Druck und Durchblutungsstörungen zu einer Unterversorgung des Gewebes mit Sauerstoff. Während der Sauerstoffmangel bei gesunden Menschen einen Reflex ausgelöst, sich zu bewegen, kann dieser neurologische Feedback-Loop etwa bei Menschen mit Querschnittslähmung oder bei Koma-Patienten gestört sein. Hier können smarte Sensoren helfen, frühzeitig vor dem Risiko eines Gewebeschadens zu warnen.

Im Projekt "ProTex" hat ein Team aus Forschenden der Empa, der Universität Bern, der Fachhochschule OST und der Bischoff Textil AG in St. Gallen ein Sensorsystem aus smarten Textilien mit zugehöriger Datenanalyse in Echtzeit entwickelt. "Die hautverträglichen textilen Sensoren enthalten zwei verschiedene funktionelle Polymerfasern», sagt Empa-Forscher Luciano Boesel vom "Biomimetic Membranes and Textiles"-Labor in St. Gallen. Neben Druck-sensitiven Fasern integrierten die Forschenden lichtleitende Polymerfasern (POFs), die der Sauerstoffmessung dienen. "Sobald der Sauerstoffgehalt in der Haut abfällt, signalisiert das hochempfindliche Sensorsystem ein steigendes Risiko für Gewebeschäden", erklärt Boesel. Die Daten werden dann direkt an den Patienten oder das Pflegepersonal übermittelt. So könne etwa eine liegende Person rechtzeitig umgelagert werden, bevor das Gewebe Schaden nimmt.

Patentierte Technologie
Die Technologie dahinter beinhaltet auch ein an der Empa entwickeltes neuartiges Mikrofluidik-Nassspinnverfahren für die Herstellung von POFs. Es erlaubt eine präzise Steuerung der Polymerkomponenten im Mikrometerbereich und eine sanftere, umweltfreundlichere Verarbeitung der Fasern. Das Mikrofluidik-Verfahren ist eines von drei Patenten, die bisher aus dem "ProTex"-Projekt hervorgegangen sind.

Ein weiteres Produkt ist ein atmungsaktiver Textilsensor, der direkt auf der Haut getragen wird. Das 2023 aus dem Projekt entstandene Spin-off "Sensawear" in Bern treibt derzeit die Markteinführung voran. Darüber hinaus ist Empa-Forscher Boesel überzeugt: "Die Erkenntnisse und Technologien aus "ProTex" werden künftig weitere Anwendungen im Bereich der tragbaren Sensorik und der smarten Kleidung ermöglichen."

Quelle:

Dr. Andrea Six, Empa

Federn und Daunen von Wassergeflügel (c) Daunen- und Federnverbände Mainz
05.03.2024

Klebstoffe: Federn statt Erdöl

Klebstoffe beruhen fast immer auf fossilen Rohstoffen wie Erdöl. Fraunhofer-Forschende haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem der biobasierte Rohstoff Keratin erschlossen wird. Die leistungsfähige Protein-Verbindung ist beispielsweise in Hühnerfedern enthalten. Damit kann man nicht nur eine Vielzahl unterschiedlicher Klebstoffe für verschiedene Anwendungsbereiche herstellen. Die Verfahren und Endprodukte sind vielmehr nachhaltig und orientieren sich am Grundprinzip einer bioinspirierten Kreislaufwirtschaft. Das gemeinsame Projekt mit der Henkel AG & Co. KGaA adressiert einen Milliardenmarkt.

Klebstoffe beruhen fast immer auf fossilen Rohstoffen wie Erdöl. Fraunhofer-Forschende haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem der biobasierte Rohstoff Keratin erschlossen wird. Die leistungsfähige Protein-Verbindung ist beispielsweise in Hühnerfedern enthalten. Damit kann man nicht nur eine Vielzahl unterschiedlicher Klebstoffe für verschiedene Anwendungsbereiche herstellen. Die Verfahren und Endprodukte sind vielmehr nachhaltig und orientieren sich am Grundprinzip einer bioinspirierten Kreislaufwirtschaft. Das gemeinsame Projekt mit der Henkel AG & Co. KGaA adressiert einen Milliardenmarkt.

Klebstoffe sind fast überall: in Sportschuhen, im Smartphone, im Bodenbelag, in Möbeln, in Textilien oder in Verpackungen. Sogar die Frontscheiben von Autos werden eingeklebt. Experten kennen mehr als 1000 unterschiedliche Klebstoff-Varianten. Diese verbinden fast alle denkbaren Materialien miteinander. Klebstoffe wiegen nicht viel und sind deshalb für den Leichtbau geeignet. Zudem verziehen sich geklebte Flächen nicht, da der Druck anders als bei Schraubverbindungen gleichmäßig verteilt wird. Klebstoff rostet nicht und dichtet gegen Feuchtigkeit ab. Zudem sind mit Klebstoff verbundene Flächen weniger empfindlich gegen Schwingungen. Und Klebstoffe sind preiswert und relativ einfach zu verarbeiten.

Federn aus der Geflügelfleischproduktion
Bisher werden Klebstoffe fast immer aus fossilen Rohstoffen wie Erdöl hergestellt. Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB geht nun einen anderen Weg. Die Forscherinnen und Forscher nutzen Federn als Ausgangsmaterial statt Erdöl. Federn fallen bei der Geflügelfleischherstellung als Abfälle an. Sie werden vernichtet oder in Tierfutter gemischt. Doch für Abfall sind die Federn viel zu schade, denn Federn enthalten das Strukturprotein Keratin. Dieses Biopolymer wird von Tieren für Krallen, Klauen, Hufe oder eben Federn gebildet. Seine Faserstruktur verleiht hohe Festigkeit.

Warum Keratin ideal für die Klebstoff-Herstellung ist
Keratin ist ein umweltfreundlicher, weil biologisch abbaubarer Stoff, der darüber hinaus durch seine Struktur jene Eigenschaften besitzt, die ihn für die Herstellung von Klebstoffen besonders geeignet machen. Die Polymer-Struktur, also die besonders langkettigen Moleküle, in Verbindung mit der Eigenschaft, über seine funktionellen Gruppen Vernetzungsreaktionen einzugehen, prädestiniert Keratin für die Herstellung von Klebstoffen aller Art. »Die für Klebstoffe erforderlichen Merkmale sind im Ausgangsmaterial gewissermaßen schon angelegt und müssen nur freigelegt, modifiziert und formuliert werden«, erklärt Projektleiter Dr. Michael Richter.

Plattform-Chemikalie und Spezialklebstoffe
Beim Projekt KERAbond »Spezialchemikalien aus maßgeschneiderten funktionalen Keratin-Proteinen« – Kera steht für Keratin, das englische Wort bond für Kleben – hat das Fraunhofer IGB in den letzten drei Jahren mit der Henkel AG & Co. KGaA zusammengearbeitet. Das Unternehmen ist Weltmarktführer im Klebstoff-Bereich.

Dabei haben die Projektpartner ein neues Verfahren entwickelt und optimiert. Im ersten Schritt werden die vom Schlachtbetrieb angelieferten Federn sterilisiert, gewaschen und mechanisch zerkleinert. Anschließend erfolgt ein enzymatischer Prozess, bei dem die langkettigen Polymere bzw. Protein-Ketten via Hydrolyse in kurzkettige Polymere gespalten werden.

Im Ergebnis soll eine Plattform-Chemikalie entstehen, die als Ausgangsstoff für die Weiterentwicklung speziell formulierter Klebstoffe dienen kann. „Wir nutzen das Verfahren und die Plattform-Chemikalie wie eine Toolbox, mit der wir die gewünschten Merkmale des Endprodukts herstellen“, sagt Richter. Auf diese Weise könnte man Parameter wie Aushärtezeit, Elastizität, Temperaturverhalten oder Festigkeit des gewünschten Spezialklebers festlegen. Daneben lassen sich nicht nur einfach Klebstoffe, sondern auch verwandte Substanzen wie Härter, Beschichtungen oder Grundierungen produzieren.

Im nächsten Schritt peilte das Fraunhofer-Team die Konversion der Federn im Großmaßstab an. Diese Hochskalierung fand am Fraunhofer-Zentrum für Chemisch-Biotechnologische Prozesse CBP in Leuna statt. Ziel war es zu beweisen, dass die Herstellung der Plattform-Chemikalien auf Keratin-Basis auch im industriellen Maßstab kostengünstig realisierbar ist. Dabei wurden mehrere Kilogramm Hühnerfedern verarbeitet, und das dabei produzierte Material konnte für erste vielversprechende Materialtests am Fraunhofer IGB und bei Henkel eingesetzt werden.

Baustein für eine bioinspirierte Ökonomie
Für die Fraunhofer-Gesellschaft hat diese bioinspirierte Verfahrenstechnik eine besondere Bedeutung. Biotechnologie zählt zu den zentralen Forschungsfeldern der Fraunhofer-Gesellschaft: „Wir lassen uns von Funktionen oder Eigenschaften inspirieren, die in der Natur oder in natürlichen Rohstoffen bereits vorhanden sind. Und wir versuchen, diese Eigenschaften durch innovative Herstellungsprozesse in die Produkte zu übersetzen. So entsteht ein bioinspirierter Kreislauf der wertvollen Rohstoffe,“ so Richter.

Ökonomisch hat das Projekt Gewicht. Nach Angaben von Statista wurden allein in Deutschland im Jahr 2019 rund eine Million Tonnen Klebstoffe produziert. Deren Gesamtwert beträgt etwa 1,87 Milliarden Euro.

Zum neuen Verfahren wurde eine Patentanmeldung eingereicht sowie eine Veröffentlichung in einem wissenschaftlichen Fachjournal publiziert. Zwei Doktoranden, die bei Henkel und Fraunhofer intensiv an dem Projekt forschten, werden ihre Doktorarbeiten voraussichtlich im ersten Quartal 2024 abschließen können. Mit der neuen Technologie auf Keratin-Basis werden sich viele Plattform-Chemikalien nachhaltig und bioinspiriert produzieren lassen.

Das KERAbond-Projekt wurde über drei Jahre von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) in Gülzow im Auftrag des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft aus dem Förderprogramm „Nachwachsende Rohstoffe“ gefördert und unterstützt (Förderkennzeichen 22014218).

Quelle:

Fraunhofer IBG

blueberries Foto: guentherlig, Pixabay
01.03.2024

Die geschmackvollste Art einer Beschichtung

Wissenschaftler finden heraus, warum Blaubeeren blau sind

Winzige äußere Strukturen in der Wachsbeschichtung von Heidelbeeren verleihen ihnen ihre blaue Farbe, wie Forscher der Universität Bristol herausgefunden haben. Dies gilt für viele Früchte mit der gleichen Farbe, darun-ter Zwetschgen, Schlehen und Wacholderbeeren.

Wissenschaftler finden heraus, warum Blaubeeren blau sind

Winzige äußere Strukturen in der Wachsbeschichtung von Heidelbeeren verleihen ihnen ihre blaue Farbe, wie Forscher der Universität Bristol herausgefunden haben. Dies gilt für viele Früchte mit der gleichen Farbe, darun-ter Zwetschgen, Schlehen und Wacholderbeeren.

In der Studie, die in Science Advances veröffentlicht wurde, zeigen die Forscher, warum Blaubeeren trotz der dunkelroten Farbe der Pigmente in der Fruchtschale blau sind. Ihre blaue Farbe wird vielmehr von einer Wachsschicht erzeugt, die die Frucht umgibt und aus Miniaturstrukturen besteht, die blaues und UV-Licht streuen. Dadurch wirken Heidelbeeren für den Menschen blau und für Vögel blau-UV. Die chromatische Blau-UV-Reflexion ergibt sich aus der Wechselwirkung der zufällig angeordneten Kristallstrukturen des epikutikularen Wachses mit dem Licht.
 
Rox Middleton, Forschungsstipendiat an der School of Biological Sciences in Bristol, erklärte: „Das Blau der Blaubeeren kann nicht durch Zerdrücken 'extrahiert' werden - denn es befindet sich nicht in dem pigmentierten Saft, der aus der Frucht gepresst werden kann. Deshalb wussten wir, dass etwas an der Farbe besonders sein musste.“

„Also haben wir das Wachs entfernt, auf Karton neu kristallisiert, und so konnten wir eine ganz neue Blaulichtfilter-Beschichtung herstellen.“
 
Der ultradünne Farbstoff ist etwa zwei Mikrometer dick, und obwohl er weniger stark reflektiert, ist er sichtbar blau und wirft UV-Strahlen gut zurück, was möglicherweise den Weg für neue Farbstoffmethoden ebnet.

"Es zeigt, dass die Natur einen wirklich raffinierten Trick entwickelt hat, eine ultradünne Schicht für einen wichtigen Farbstoff zu verwenden", fügte Rox hinzu.

Die meisten Pflanzen sind mit einer dünnen Wachsschicht überzogen, die mehrere Funktionen hat, von denen die Wissenschaftler viele noch nicht verstanden haben. Sie wissen, dass sie als hydrophobe, selbst-reinigende Beschichtung sehr wirksam sein kann.

Bis jetzt wussten die Forscher jedoch nicht, wie wichtig die Struktur für die sichtbare Färbung ist.

Jetzt will das Team nach einfacheren Möglichkeiten suchen, die Beschichtung nachzubilden und aufzutragen. Dies könnte zu einer nachhaltigeren, biokompatibleren und sogar essbaren UV- und blau-reflektierenden Farbe führen.

Außerdem könnten diese Beschichtungen die gleichen vielfältigen Funktionen haben wie die natürlichen biologischen Beschichtungen, die Pflanzen schützen.

Rox fügte hinzu: „Es war wirklich spannend herauszufinden, dass es einen unbekannten Färbemechanismus direkt vor unserer Nase gibt, und zwar bei beliebten Früchten, die wir ständig anbauen und essen.

„Noch spannender war es, diese Farbe zu reproduzieren, indem man das Wachs erntete, um eine neue blaue Beschichtung herzustellen, die noch niemand zuvor gesehen hat.

Die ganze Funktionalität dieses natürlichen Wachses in künstlich hergestellte Materialien einzubauen, ist ein Traum!“

Quelle:

Bristol University

Paper: ‘Self-assembled, Disordered Structural Colour from Fruit Wax Bloom’ by Rox Middleton et al in Science Advances.

(c) RMIT University
26.02.2024

Abkühlung durch Nanodiamanten

Forschende der RMIT University nutzen Nanodiamanten, um smarte Textilien zu entwickeln, die Menschen schneller abkühlen können.

Die Studie ergab, dass Stoffe aus Baumwolle, die mit Nanodiamanten beschichtet sind, im Vergleich zu unbehandelter Baumwolle während des Abkühlungsprozesses um 2-3 Grad Celsius kühler sind. Die Nanodiamanten ziehen die Körperwärme an und geben sie an den Stoff ab - ein Ergebnis der enormen Wärmeleitfähigkeit der Nanodiamanten.

Dr. Shadi Houshyar, Projektleiterin und Dozentin, sagte in der Zeitschrift Polymers for Advanced Technologies, dass es eine große Chance gebe, diese Erkenntnisse zu nutzen, um neue Textilien für Sportbekleidung und sogar für persönliche Schutzkleidung zu entwickeln, wie z. B. Unterzieher, die Feuerwehrleute kühl halten.

Die Studie ergab auch, dass Nanodiamanten den UV-Schutz von Baumwolle erhöhen, was sie ideal für Sommerkleidung im Freien macht.

Forschende der RMIT University nutzen Nanodiamanten, um smarte Textilien zu entwickeln, die Menschen schneller abkühlen können.

Die Studie ergab, dass Stoffe aus Baumwolle, die mit Nanodiamanten beschichtet sind, im Vergleich zu unbehandelter Baumwolle während des Abkühlungsprozesses um 2-3 Grad Celsius kühler sind. Die Nanodiamanten ziehen die Körperwärme an und geben sie an den Stoff ab - ein Ergebnis der enormen Wärmeleitfähigkeit der Nanodiamanten.

Dr. Shadi Houshyar, Projektleiterin und Dozentin, sagte in der Zeitschrift Polymers for Advanced Technologies, dass es eine große Chance gebe, diese Erkenntnisse zu nutzen, um neue Textilien für Sportbekleidung und sogar für persönliche Schutzkleidung zu entwickeln, wie z. B. Unterzieher, die Feuerwehrleute kühl halten.

Die Studie ergab auch, dass Nanodiamanten den UV-Schutz von Baumwolle erhöhen, was sie ideal für Sommerkleidung im Freien macht.

„2 oder 3 Grad mögen nicht viel erscheinen, aber sie machen einen Unterschied in Bezug auf den Komfort und die Auswirkungen auf die Gesundheit über einen längeren Zeitraum und könnten in der Praxis den Unterschied ausmachen, ob man seine Klimaanlage aus- oder anschaltet“, so Houshyar. „Es gibt auch die Möglichkeit zu erforschen, wie Nanodiamanten eingesetzt werden können, um Gebäude vor Überhitzung zu schützen, was wiederum Vorteile für die Umwelt mit sich bringen kann.“

Die Verwendung dieses Gewebes in der Kleidung wird voraussichtlich zu einer Energieeinsparung von 20-30 % führen, da der Verbrauch von Klimaanlagen reduziert wird.

Das Forschungsteam des Centre for Materials Innovation and Future Fashion (CMIFF) besteht aus Ingenieuren und Textilforschern des RMIT, die über fundierte Kenntnisse in der Entwicklung smarter Textilien der nächsten Generation verfügen und mit der Industrie zusammenarbeiten, um realistische Lösungen zu entwickeln.

Entgegen der landläufigen Meinung sind Nanodiamanten nicht dasselbe wie die Diamanten, die Schmuck schmücken, sagte Houshyar. „Sie sind tatsächlich billig herzustellen - billiger als Graphenoxid und andere Arten von Kohlenstoffmaterialien“, sagte sie. „Sie haben zwar eine Kohlenstoff-Gitterstruktur, sind aber viel kleiner. Außerdem lassen sie sich leicht durch Methoden wie Detonation oder aus Abfallmaterialien herstellen.“

Wie es funktioniert
Das Baumwollmaterial wurde zunächst mit einem Klebstoff beschichtet und dann mit einer Polymerlösung aus Nanodiamanten, Polyurethan und Lösungsmittel elektrogesponnen.

Durch dieses Verfahren entsteht ein Netz aus Nanofasern auf den Baumwollfasern, die dann ausgehärtet werden, um die beiden zu verbinden.

Die leitende Forscherin und Forschungsassistentin, Dr. Aisha Rehman, erklärte, dass die Beschichtung mit Nanodiamanten bewusst nur auf einer Seite des Gewebes aufgebracht wurde, um zu verhindern, dass die Wärme aus der Atmosphäre auf den Körper zurück übertragen wird.  

„Die Seite des Stoffes mit der Nanodiamantenbeschichtung berührt die Haut. Die Nanodiamanten leiten dann die Wärme vom Körper an die Luft weiter“, so Rehman, die im Rahmen ihrer Doktorarbeit an der Studie mitarbeitete. „Weil Nanodiamanten so gute Wärmeleiter sind, geht das schneller als bei unbehandeltem Stoff.“

Nanodiamanten wurden für diese Studie aufgrund ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit ausgewählt, so Rehman. Nanodiamanten werden häufig in der IT-Branche eingesetzt und können auch dazu beitragen, die thermischen Eigenschaften von Flüssigkeiten und Gelen zu verbessern und die Korrosionsbeständigkeit von Metallen zu erhöhen.

„Nanodiamanten sind auch biokompatibel, d. h. sie sind für den menschlichen Körper ungefährlich. Daher haben sie ein großes Potenzial nicht nur für Textilien, sondern auch für den biomedizinischen Bereich“, so Rehman.
Obwohl die Forschung noch vorläufig ist, sagte Houshyar, hat diese Methode der Beschichtung von Textilien mit Nanofasern ein großes kommerzielles Potenzial.

„Dieser Ansatz des Elektrospinnens ist einfach und kann die Vielfalt der Herstellungsschritte im Vergleich zu den bisher getesteten Methoden, die langwierige Prozesse und die Verschwendung von Nanodiamanten mit sich bringen, erheblich reduzieren“, sagte Houshyar.

Weitere Forschungsarbeiten werden die Haltbarkeit der Nanofasern, insbesondere während des Waschvorgangs, untersuchen.

Quelle:

Shu Shu Zheng, RMIT University

Windenergie Foto: Carlos / Saigon - Vietnam, Pixabay
21.02.2024

Composites: Hoffnungsträger Windenergie und Luftfahrt

Composites Germany legt Ergebnisse der 22. Markterhebung vor    

  • Kritische Bewertung der aktuellen Geschäftslage
  • Zukunftserwartungen hellen sich auf
  • Investitionsklima bleibt verhalten
  • Erwartungen an Anwendungsindustrien unterschiedlich
  • Wachstumstreiber mit leichten Verschiebungen
  • Composites-Index zeigt in verschiedene Richtungen

Zum 22. Mal hat Composites Germany aktuelle Kennzahlen zum Markt für faserverstärkte Kunststoffe erhoben. Befragt wurden alle Mitgliedsunternehmen der Trägerverbände von Composites Germany: AVK und Composites United sowie des assoziierten Partners VDMA.

Um die problemlose Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Erhebungen zu gewährleisten, wurden auch in diesem Halbjahr keine grundlegenden Änderungen bei der Befragung durchgeführt. Erhoben wurden erneut überwiegend qualitative Daten in Bezug auf die aktuelle und zukünftige Marktentwicklung.

Composites Germany legt Ergebnisse der 22. Markterhebung vor    

  • Kritische Bewertung der aktuellen Geschäftslage
  • Zukunftserwartungen hellen sich auf
  • Investitionsklima bleibt verhalten
  • Erwartungen an Anwendungsindustrien unterschiedlich
  • Wachstumstreiber mit leichten Verschiebungen
  • Composites-Index zeigt in verschiedene Richtungen

Zum 22. Mal hat Composites Germany aktuelle Kennzahlen zum Markt für faserverstärkte Kunststoffe erhoben. Befragt wurden alle Mitgliedsunternehmen der Trägerverbände von Composites Germany: AVK und Composites United sowie des assoziierten Partners VDMA.

Um die problemlose Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Erhebungen zu gewährleisten, wurden auch in diesem Halbjahr keine grundlegenden Änderungen bei der Befragung durchgeführt. Erhoben wurden erneut überwiegend qualitative Daten in Bezug auf die aktuelle und zukünftige Marktentwicklung.

Kritische Bewertung der aktuellen Geschäftslage
Nachdem bei der Bewertung der aktuellen Geschäftslage in 2021 durchweg positive Tendenzen zu erkennen waren, rutschte diese seit 2022 ab. Auch in der aktuellen Befragung ist weiterhin keine Trendumkehr festzustellen. Die Gründe für die negative Stimmung sind vielfältig und zeigten sich bereits in der letzten Erhebung.     

Derzeit scheint es der Politik nicht zu gelingen, mit entsprechenden Maßnahmen ein für die Industrie positiveres Umfeld zu schaffen. Insgesamt zeigt vor allem Deutschland, aber auch Europa derzeit ein sehr schwieriges Marktumfeld.

Haupttreiber der derzeitigen, schwierigen Situation dürften aber vor allem die nach wie vor hohen Energie- und Rohstoffpreise sein. Hinzu kommen weiterhin Probleme in einzelnen Bereichen der Logistikketten, beispielsweise auf einzelnen Handels-/Containerruten sowie ein zurückhaltendes Konsumklima. Eine Verlangsamung des Welthandels und Unsicherheiten im politischen Bereich befeuern derzeit die negative Stimmung im Markt. Trotz steigender Zulassungszahlen ist auch die Automobilindustrie als wichtigster Anwendungsbereich für Composites noch nicht auf ihr altes Volumen zurückgekehrt. Die Bauindustrie als zweiter zentraler Anwendungsbereich steckt derzeit in einer Krise. Zwar sind die Auftragsbücher noch gut gefüllt, aber Neuaufträge bleiben vielfach aus. Hohe Zinsen und Materialkosten bei hohen Lebenshaltungskosten belasten vor allem den privaten Bau stark, aber auch der öffentliche Bau kann die selbst gesteckten Ziele momentan nicht erreichen. Laut dem ZDB (Zentralverband Deutsches Baugewerbe) bleiben die Prognosen in diesem wichtigen Bereich düster: „Der Rückgang der Baukonjunktur setzt sich weiter fort. Der Umsatz wird in diesem Jahr real um 5,3 % zurückgehen und im kommenden Jahr gehen wir von weiteren minus 3 % aus. Verantwortlich für das Minus bleibt der Wohnungsbau, der in diesem Jahr real um 11 % einbricht und 2024 mit -13 % seinen Sinkflug fortsetzt.“

Nicht nur die Bewertung der generellen Geschäftslage bleibt pessimistisch. Auch die Situation der eigenen Unternehmen wird weiterhin kritisch bewertet. Vor allem für Deutschland zeigt sich ein negatives Bild. Fast 50 % der Befragten bewerten die aktuelle Geschäftslage in Deutschland kritisch. Etwas positiver fällt die Sichtweise auf das weltweite Geschäft und Europa aus. Hier bewerten „nur“ 40 % bzw. 35 % der Befragten die Situation eher negativ.

Zukunftserwartungen hellen sich auf
Trotz der generell eher verhaltenen Bewertung der Geschäftslage scheinen viele der Befragten, zumindest in Europa, von einer Besserung der Stimmung überzeugt zu sein. Befragt nach ihrer Einschätzung zur zukünftigen generellen Geschäftsentwicklung, zeigen sich die Werte für Europa und auch die Welt optimistischer als bei der letzten Befragung. Für Deutschland erwarten die Teilnehmer der Befragung derzeit keine Verbesserung der Situation.

Auch für das eigene Unternehmen zeigen sich die Befragten hinsichtlich ihrer Zukunftserwartungen für Europa und den Weltmarkt optimistischer:
     
Die Teilnehmenden gehen anscheinend von einer moderaten kurz- bis mittelfristigen Erholung der Weltwirtschaft aus. Die Prognosen sind optimistischer als die Bewertung der aktuellen Situation. Auffällig ist, dass die Sichtweise auf die Region Deutschland im Verhältnis zu Europa und der weltweiten Konjunktur kritischer ist. 28 % der Befragten erwarten eine negative Entwicklung der generellen Marktsituation in Deutschland. Nur 13 % erwarten eine Verbesserung der aktuellen Situation. Für Europa und auch die Welt zeigen sich bessere Kennwerte.
          
Investitionsklima bleibt verhalten
Die aktuell eher zurückhaltende Bewertung der wirtschaftlichen Situation wirkt sich auch weiterhin auf das Investitionsklima aus.

Nachdem in der letzten Befragung noch 22% der Teilnehmenden von einem Anstieg bei der Personalkapazität ausgegangen waren (Befragung 1/2023 = 40 %), liegt dieser Wert aktuell nur noch bei 18 %. Demgegenüber stehen 18 %, die sogar von einem Rückgang im Bereich Personal ausgehen.

Auch der Anteil der Befragten, die Maschineninvestitionen planen, ist rückläufig. Waren bei der letzten Befragung noch 56 % von entsprechenden Investitionen ausgegangen, so sinkt dieser Wert nun auf 46 % ab.


Erwartungen an Anwendungsindustrien unterschiedlich
Der Composites Markt ist durch eine starke Heterogenität sowohl material- aber auch anwendungsseitig gekennzeichnet. In der Befragung werden die Teilnehmenden gebeten, ihre Einschätzung hinsichtlich der Marktentwicklung unterschiedlicher Kernbereiche zu geben.

Die Erwartungen zeigen sich äußerst verschieden. Die beiden wichtigsten Anwendungsbereiche sind der Mobilitäts- und der Bau-/Infrastruktursektor. Beide befinden sich derzeit in starken Umbrüchen bzw. sind von Rückgängen betroffen, was sich auch in der Befragung deutlich zeigt. Wachstum wird vor allem im Bereich Windenergie und Luftfahrt erwartet.

Wachstumstreiber mit leichten Verschiebungen
Bei den Werkstoffen zeigt sich ein Wechsel hinsichtlich der Einschätzungen der Wachstumstreiber. Wurde von den Befragten in den letzten 9 Erhebungen stets GFK als Material genannt, aus dessen Umfeld die wesentlichen Wachstumsimpulse für den Composites-Bereich zu erwarten sind, so werden die wesentlichen Impulse mittlerweile erneut von CFK oder materialübergreifend vermutet.

Regional kommt es zu einer leichten Verschiebung. Deutschland wird weniger stark als Wachstumstreiber gesehen. Demgegenüber werden Europa (ohne Deutschland) und Asien deutlich mehr genannt.

Composites-Index zeigt in verschiedene Richtungen
Die zahlreichen negativen Einflüsse der letzten Zeit zeigen sich weiterhin auch im Gesamt-Composites-Index. Dieser gibt vor allem bei der Betrachtung der momentanen Geschäftslage weiterhin nach. Demgegenüber steht eine leichte Aufhellung hinsichtlich der Erwartungen an die zukünftige Marktentwicklung, welche jedoch auf niedrigem Niveau bleibt.
 
Die gesamte verarbeitende Composites-Menge in Europa in 2022 war bereits rückläufig, auch für 2023 muss weiterer Rückgang erwartet werden. Dieser dürfte erneut bei etwa 5% liegen. Es bleibt abzuwarten, ob es gelingen wird, der negativen Entwicklung gegenzusteuern. Hier wäre ein zielgerichtetes Eingreifen, auch der politischen Entscheidungsträger, wünschenswert. Dies kann aber ohne die Industrie/Wirtschaft nicht gelingen. Nur gemeinsam wird es möglich sein, den Wirtschafts-/Industriestandort Deutschland zu erhalten und erneut zu stärken. Für Composites als Materialgruppe generell zeigen sich, aufgrund des speziellen Eigenschaftsportfolios, nach wie vor sehr gute Chancen zum Ausbau der Marktposition in neuen, aber auch bestehenden Märkten. Die Abhängigkeit von gesamtwirtschaftlichen Entwicklungen aber bleibt bestehen. Es gilt nun über Innovationen neue Marktfelder zu erschließen, Chancen konsequent zu nutzen und gemeinsam daran zu arbeiten, Composites weiter in bestehenden Märkten zu implementieren. Dies kann gemeinsam oftmals besser gelingen als alleine. Composites Germany bietet mit seinem hervorragenden Netzwerk vielfältige Möglichkeiten.

Die nächste Composites-Markterhebung erscheint im Juli 2024.

Quelle:

Composites Germany

Tragbare Roboter für Parkinson-Kranke Bild: Tom Claes, unsplash
19.02.2024

Tragbare Roboter für Parkinson-Kranke

Freezing, plötzliche Blockaden bei Bewegungsabläufen, ist eines der häufigsten und belastendsten Symptome der Parkinson-Krankheit, einer neurodegenerativen Erkrankung, von der weltweit mehr als 9 Millionen Menschen betroffen sind. Wenn Menschen mit Parkinson „einfrieren“, verlieren sie plötzlich die Fähigkeit, ihre Füße zu bewegen, oft mitten im Schritt, was zu einer Reihe von stakkatoartigen, stotternden Schritten führt, die immer kürzer werden, bis die Person schließlich ganz stehen bleibt. Diese Episoden sind eine der Hauptursachen für Stürze bei Menschen mit Parkinson.

Heutzutage wird Freezing mit einer Reihe von pharmakologischen, chirurgischen oder Verhaltenstherapien behandelt, von denen keine besonders wirksam ist. Was wäre, wenn es einen Weg gäbe, Freezing gänzlich zu verhindern?

Freezing, plötzliche Blockaden bei Bewegungsabläufen, ist eines der häufigsten und belastendsten Symptome der Parkinson-Krankheit, einer neurodegenerativen Erkrankung, von der weltweit mehr als 9 Millionen Menschen betroffen sind. Wenn Menschen mit Parkinson „einfrieren“, verlieren sie plötzlich die Fähigkeit, ihre Füße zu bewegen, oft mitten im Schritt, was zu einer Reihe von stakkatoartigen, stotternden Schritten führt, die immer kürzer werden, bis die Person schließlich ganz stehen bleibt. Diese Episoden sind eine der Hauptursachen für Stürze bei Menschen mit Parkinson.

Heutzutage wird Freezing mit einer Reihe von pharmakologischen, chirurgischen oder Verhaltenstherapien behandelt, von denen keine besonders wirksam ist. Was wäre, wenn es einen Weg gäbe, Freezing gänzlich zu verhindern?

Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) und des Boston University Sargent College of Health & Rehabilitation Sciences haben einen weichen, tragbaren Roboter eingesetzt, der einem Parkinson-Patienten hilft, ohne Freezing zu gehen. Das Roboterkleidungsstück, das um Hüfte und Oberschenkel getragen wird, gibt beim Schwingen des Beins einen sanften Druck auf die Hüfte und hilft dem Patienten, einen längeren Schritt zu machen.

Mit dem Hilfsmittel konnte das Freezing der Teilnehmer beim Gehen in geschlossenen Räumen vollständig beseitigt werden, so dass sie schneller und weiter gehen konnten als ohne die Hilfe des Kleidungsstückes.

„Wir stellten fest, dass schon eine geringe mechanische Unterstützung durch unsere weiche Roboterkleidung eine Sofortwirkung hatte und das Gehen der Versuchspersonen unter verschiedenen Bedingungen nachhaltig verbesserte“, so Conor Walsh, Paul A. Maeder Professor für Ingenieur- und angewandte Wissenschaften am SEAS und Mitautor der Studie.

Die Forschung zeigt das Potenzial der Soft-Robotik zur Behandlung dieses frustrierenden und potenziell gefährlichen Symptoms der Parkinson-Erkrankung auf und könnte es Menschen, die mit dieser Krankheit leben, ermöglichen, nicht nur ihre Mobilität, sondern auch ihre Unabhängigkeit wiederzuerlangen.

Seit über einem Jahrzehnt entwickelt das Biodesign Lab von Walsh am SEAS unterstützende und rehabilitative Robotertechnologien zur Verbesserung der Mobilität von Menschen nach einem Schlaganfall, mit ALS oder anderen Krankheiten, die die Mobilität beeinträchtigen. Ein Teil dieser Technologie, insbesondere ein Exosuit für das Gehtraining nach einem Schlaganfall, wurde vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering, and Harvard’s Office of Technology Development unterstützt, und das Harvard’s Office of Technology Development  koordinierte eine Lizenzvereinbarung mit ReWalk Robotics zur Vermarktung der Technologie.

Im Jahr 2022 erhielten SEAS und Sargent College einen Zuschuss von der Massachusetts Technology Collaborative, um die Entwicklung und Umsetzung von Robotik und Wearable Technologies der nächsten Generation zu unterstützen. Die Forschung ist im Move Lab angesiedelt, dessen Aufgabe es ist, Fortschritte bei  der Verbesserung der menschlichen Leistungsfähigkeit zu unterstützen, indem es den Raum für die Zusammenarbeit, die Finanzierung, die F&E-Infrastruktur und die Erfahrung bereitstellt, die notwendig sind, um vielversprechende Forschung in ausgereifte Technologien zu verwandeln, die durch die Zusammenarbeit mit Industriepartnern umgesetzt werden können. Diese Forschung ist aus dieser Partnerschaft hervorgegangen.

„Der Einsatz weicher, tragbarer Roboter zur Verhinderung des Freezing beim Gangbild von Parkinson-Patienten erforderte eine Zusammenarbeit zwischen Ingenieuren, Rehabilitationswissenschaftlern, Physiotherapeuten, Biomechanikern und Bekleidungsdesignern", so Walsh, dessen Team eng mit dem von Terry Ellis, Professor und Lehrstuhlinhaber für Physiotherapie sowie Leiter des Zentrums für Neurorehabilitation an der Universität Boston, zusammenarbeitete.

Das Team arbeitete sechs Monate lang mit einem 73-jährigen Mann, der an Parkinson erkrankt war und trotz chirurgischer und medikamentöser Behandlung mehr als zehnmal am Tag unter erheblichem und behinderndem Freezing litt, was immer wieder zu Stürzen führten. Diese Episoden hinderten ihn daran, sich in seiner Nachbarschaft zu bewegen, und zwangen ihn, sich draußen mit einem Elektromobil fortzubewegen.

In früheren Forschungsarbeiten wiesen Walsh und sein Team mithilfe der Human-in-the-Loop-Optimierung nach, dass ein weiches, am Körper zu tragendes Gerät die Hüftbeugung verstärken und den Schwung des Beins nach vorne unterstützen kann, um den Energieverbrauch beim Gehen bei gesunden Menschen effizient zu senken.

In diesem Fall verwendeten die Forscher den gleichen Ansatz, um das Freezing zu bekämpfen. Das tragbare Gerät verwendet kabelgesteuerte Aktoren und Sensoren, die um Taille und Oberschenkel getragen werden. Anhand der von den Sensoren erfassten Bewegungsdaten schätzen Algorithmen die Phase des Gangs und erzeugen im Zusammenspiel mit der Muskelbewegung Unterstützung.

Die Wirkung trat sofort ein. Ohne spezielles Training war der Patient in der Lage, ohne Freezing in geschlossenen Räumen und mit nur gelegentlichen Episoden im Freien zu gehen. Er war ebenfalls in der Lage, ohne Stocken zu gehen und zu sprechen, was ohne das Gerät kaum möglich war.

„Unser Team war sehr gespannt darauf, wie sich die Technologie auf das Gangbild der Teilnehmer auswirkt“, sagt Jinsoo Kim, ehemaliger Doktorand am SEAS und Mitautor der Studie.

Während der Studienbesuche erzählte der Teilnehmer den Forschern: „Der Anzug hilft mir, längere Schritte zu machen, wenn er nicht aktiv ist, merke ich, dass ich meine Füße viel mehr nachziehe. Er hat mir wirklich geholfen, und ich empfinde ihn als einen positiven Schritt nach vorn. Er könnte mich darin unterstützen, länger zu gehen und meine Lebensqualität zu erhalten."

„Unsere Studienteilnehmer, die freiwillig ihre Zeit opfern, sind echte Partner“, so Walsh. „Da die Mobilität schwierig ist, war es für diese Person eine echte Herausforderung, überhaupt ins Labor zu kommen, aber wir haben so sehr von ihrer Perspektive und ihrem Feedback profitiert.“

Das Gerät könnte auch eingesetzt werden, um die Mechanismen des Freezing besser zu verstehen, die nur unzureichend erforscht sind.

„Da wir das Freezing nicht wirklich verstehen, wissen wir nicht, warum dieser Ansatz so gut funktioniert“, so Ellis. Aber diese Arbeit deutet auf die potenziellen Vorteile einer "Bottom-up"-Lösung statt einer "Top-down"-Lösung zur Behandlung von Gangfehlern hin. Wir sehen, dass die Wiederherstellung einer fast normalen Biomechanik die periphere Dynamik des Gangs verändert und die zentrale Verarbeitung der Gangkontrolle beeinflussen kann.“

Das Team arbeitete sechs Monate lang mit einem 73-jährigen Mann, der an Parkinson erkrankt war und trotz chirurgischer und medikamentöser Behandlung mehr als zehnmal am Tag unter erheblichem und behinderndem Freezing litt, was immer wieder zu Stürzen führten. Diese Episoden hinderten ihn daran, sich in seiner Nachbarschaft zu bewegen, und zwangen ihn, sich draußen mit einem Elektromobil fortzubewegen.

In früheren Forschungsarbeiten wiesen Walsh und sein Team mithilfe der Human-in-the-Loop-Optimierung nach, dass ein weiches, am Körper zu tragendes Gerät die Hüftbeugung verstärken und den Schwung des Beins nach vorne unterstützen kann, um den Energieverbrauch beim Gehen bei gesunden Menschen effizient zu senken.

In diesem Fall verwendeten die Forscher den gleichen Ansatz, um das Freezing zu bekämpfen. Das tragbare Gerät verwendet kabelgesteuerte Aktoren und Sensoren, die um Taille und Oberschenkel getragen werden. Anhand der von den Sensoren erfassten Bewegungsdaten schätzen Algorithmen die Phase des Gangs und erzeugen im Zusammenspiel mit der Muskelbewegung Unterstützung.

Die Wirkung trat sofort ein. Ohne spezielles Training war der Patient in der Lage, ohne Freezing in geschlossenen Räumen und mit nur gelegentlichen Episoden im Freien zu gehen. Er war ebenfalls in der Lage, ohne Stocken zu gehen und zu sprechen, was ohne das Gerät kaum möglich war.

„Unser Team war sehr gespannt darauf, wie sich die Technologie auf das Gangbild der Teilnehmer auswirkt“, sagt Jinsoo Kim, ehemaliger Doktorand am SEAS und Mitautor der Studie.

Während der Studienbesuche erzählte der Teilnehmer den Forschern: „Der Anzug hilft mir, längere Schritte zu machen, wenn er nicht aktiv ist, merke ich, dass ich meine Füße viel mehr nachziehe. Er hat mir wirklich geholfen, und ich empfinde ihn als einen positiven Schritt nach vorn. Er könnte mich darin unterstützen, länger zu gehen und meine Lebensqualität zu erhalten."

„Unsere Studienteilnehmer, die freiwillig ihre Zeit opfern, sind echte Partner“, so Walsh. „Da die Mobilität schwierig ist, war es für diese Person eine echte Herausforderung, überhaupt ins Labor zu kommen, aber wir haben so sehr von ihrer Perspektive und ihrem Feedback profitiert.“

Das Gerät könnte auch eingesetzt werden, um die Mechanismen des Freezing besser zu verstehen, die nur unzureichend erforscht sind.

„Da wir das Freezing nicht wirklich verstehen, wissen wir nicht, warum dieser Ansatz so gut funktioniert“, so Ellis. Aber diese Arbeit deutet auf die potenziellen Vorteile einer "Bottom-up"-Lösung statt einer "Top-down"-Lösung zur Behandlung von Gangfehlern hin. Wir sehen, dass die Wiederherstellung einer fast normalen Biomechanik die periphere Dynamik des Gangs verändert und die zentrale Verarbeitung der Gangkontrolle beeinflussen kann.“

Die Studie wurde von Jinsoo Kim, Franchino Porciuncula, Hee Doo Yang, Nicholas Wendel, Teresa Baker und Andrew Chin mitverfasst. Asa Eckert-Erdheim und Dorothy Orzel trugen ebenfalls zur Entwicklung der Technologie bei, ebenso wie Ada Huang, Sarah Sullivan leitete die klinische Forschung. Das Projekt wurde von der National Science Foundation unter dem Zuschuss CMMI-1925085, von den National Institutes of Health unter dem Zuschuss NIH U01 TR002775 und von der Massachusetts Technology Collaborative, Collaborative Research and Development Matching Grant unterstützt.

Quelle:

Die Forschungsergebnisse erschienen in Nature Medicine.
Quelle: Leah Burrows
Harvard John A. Paulson. School of Engineering and Applied Sciences