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With the "SmartTex" shirt, astronauts can wear the necessary sensors comfortably on their bodies. © DLR
SmartTex Shirt
27.10.2021

Research for cosmic missions: SmartTex provides data on vital functions

It looks like a normal shirt, but it has it all: The new SmartTex shirt uses integrated sensors to transfer physiological data from astronauts to Earth via a wireless communication network. In this way, the effects of the space environment on the human cardiovascular system will be evaluated and documented, especially with regard to long-term manned space missions. Developed by the German Aerospace Center (DLR) in cooperation with DSI Aerospace Technology, the Medical Faculty of Bielefeld University and textile research partner Hohenstein, SmartTex will be tested for the first time as part of the Wireless Compose-2 (WICO2) project by German ESA astronaut Dr. Matthias Maurer, who will leave for his ‘Cosmic Kiss’ mission on the International Space Station (ISS) for six months on October 30, 2021.

It looks like a normal shirt, but it has it all: The new SmartTex shirt uses integrated sensors to transfer physiological data from astronauts to Earth via a wireless communication network. In this way, the effects of the space environment on the human cardiovascular system will be evaluated and documented, especially with regard to long-term manned space missions. Developed by the German Aerospace Center (DLR) in cooperation with DSI Aerospace Technology, the Medical Faculty of Bielefeld University and textile research partner Hohenstein, SmartTex will be tested for the first time as part of the Wireless Compose-2 (WICO2) project by German ESA astronaut Dr. Matthias Maurer, who will leave for his ‘Cosmic Kiss’ mission on the International Space Station (ISS) for six months on October 30, 2021.

"We were already able to gain valuable insights into the interaction of the body, clothing and climate under microgravity conditions during the previous projects Spacetex (2014) and Spacetex2 (2018)," explains Hohenstein Senior Scientific Expert Dr. Jan Beringer. The insights provided at the time by the mission of ESA astronaut Dr. Alexander Gerst have now been directly incorporated into the development of the new SmartTex shirt at Hohenstein. "Matthias Maurer can wear his tailor-made shirt comfortably on his body during his everyday work on the International Space Station. For this, we used his body measurements as the basis for our cut development and the production of the shirt. We integrated the necessary sensors as well as data processing and communication modules into the shirt's cut in such a way that they interfere as little as possible and are always positioned in the right place, regardless of the wearing situation. This is the prerequisite for reliably measuring the relevant physiological data." The SmartTex shirt is intended to provide a continuous picture of the vital functions of astronauts. This will be particularly relevant for future long-term manned space missions to the Moon and Mars.

For example, during the BEAT experiment (Ballistocardiography for Extraterrestrial Applications and long-Term missions), Matthias Maurer will be the first astronaut to wear a T-shirt equipped with sensors that measure his ballistocardiographic data such as pulse and relative blood pressure. For this purpose, the sensors were calibrated in the :envihab research facility at the DLR Institute of Aerospace Medicine in Cologne. Details on the contraction rate and opening and closing times of the heart valves, which are normally only accessible via sonography or computer tomography, can also be read from the data material. The goal is to study the effects of the space environment on the human cardiovascular system. To be able to analyse these effects realistically, Matthias Maurer's ballistocardiographic data will be recorded before, during and after his stay on the ISS. For the future, a technology transfer of the SmartTex shirt for application in the field of fitness or even in telemedicine is conceivable.

Wireless Compose-2 (WICO2)
The project was planned and prepared by the German Aerospace Center (DLR) and its cooperation partners DSI Aerospace Technology, Hohenstein and the University of Bielefeld. The wireless communication network reads sensor data and can determine the position of people and objects in space by propagation times of radio pulses. It is also available as a platform for several experiments on the ISS. The determined data is temporarily stored within the network and read out at regular intervals by the astronauts. These data packets are then transferred to Earth via the ISS link and analysed by the research teams. It can generate its own energy from artificial light sources via solar cells.

 

 

ESA astronaut Dr. Matthias Maurer in summer 2021 during preliminary talks on the Cosmic Kiss mission in DLR's :envihab in Cologne. © DLR


Sensors measure physiological data during a test run on Earth. © DLR


With the "SmartTex" shirt, astronauts can wear the necessary sensors comfortably on their bodies. © DLR

Dr. Jan Beringer, Hohenstein Senior Scientific Expert. © Hohenstein

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

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

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

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

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

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

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