Ladda ner artikel

TEMA: DEN NYA TEKNOLOGIN
Smarta textilier kan
revolutionera idrotten
Smarta textilier är textilier integrerade med någon annan teknologi.
De används för mätning, komfort eller prestationsförbättring. Runt
om i världen pågår utveckling, forskning och kommersialisering av nya
produkter. Oändliga möjligheter öppnar sig inom idrotten.
S p o r t l e x i k o n e t r ä k n a r upp 154 idrotter. Nya uppfinns varje år. I alla sina
olikheter finns mycket som är gemensamt – tävlandet, den fysiska aktiviteten,
prestationen, organiserandet. Och det
textila!
Det finns ingen sport som inte bär
kläder. Ofta förekommer regelverk för
vilka kläder man får bära. Berömda är de
så kallade hajdräkterna i simning med
teknologi från fysik (strömningslära) och
nanoytteknologi som integrerades i plagg
för att minska flödesmotståndet och förbättra tiderna. De blev så effektiva (och
dyra) att de ansågs förstöra grundtanken
med idrottsutövandet och förbjöds av
Internationella Simförbundet 2009.
Hajdräkten är ett exempel på smart
textil. Men mest typiskt är kanske ändå
integrationen av elektronik för mätning
i textil.
Vad är smart textil?
Smart textil består av två ord. Bägge kan
leda tanken fel. För att börja bakifrån
behöver man notera att textil är mycket
mer än bara kläder. Textil är också inredningstextil. Det är gardiner och dukar
och möbeltyg. I idrottssammanhang blir
detta landningsbäddar för höjdhopp,
beklädnad på åskådarstolar och avskärmningsdraperier för idrottshallar.
Textil är dessutom det som brukar
sammanfattas under samlingsbeteckningen tekniska textilier. Det är sådana
textilier som man ofta inte tänker på –
filter, lyftband, rep, textila implantat. I
idrottssammanhang blir detta skot till
seglingsbåten, ledbandsimplantat för den
skadade, en konstgjord gräsmatta för förlängd fotbollssäsong, segel till solingbåten.
Vad är då det gemensamma mellan de
tre typerna av textil – kläder, inredning
och tekniska textiler? Textil består alltid
av fibrer (trådar) som har satts samman på
något sätt. Vävning och stickning (trikå)
är två sådana tekniker. Vindtygsjackan är
vävd. Sportstrumporna stickade.
Den andra delen i vårt ord är ”smart”.
Det är än mer komplicerat, men vi gör det
enkelt. Vi definierar smarta textilier som:
textilier – kläder eller någon annan typ –
där det finns tillfört någon annan teknologi
– ofta elektronik.
Det innebär att produkten kan göra mer
än man vanligen förknippar med textilier,
vilket ofta innebär mätning.
En smart t-shirt är alltså en t-shirt med
klassiska textila egenskaper som att kunna
hålla bäraren varm, skyla, transportera
svett, se snygg ut, visa vilken klubb man
representerar och så vidare. Den har också
förmåga att exempelvis kunna mäta puls
och hjärtrytm.
En synonym till mätning är monitorering. För mätning använder man sensorer.
Det finns ett nästintill oändligt antal för
olika saker man vill mäta. Några typer som
är vanliga i samband med smarta textilier
är EKG, EMG (muskelaktivitet) och EEG
(elektrisk mätning av hjärnan). Andra
vanliga sensorer är töjningssensorer, trycksensorer, fuktighetssensorer, termometrar,
accelerometrar (för att följa rörelser till
exempel i armar, ben och höft) och positionering.
Nils-Krister Persson
Docent
Textilhögskolan
Högskolan i Borås
3/2015 svensk idrottsforskning 13
Fäktning är en sport som skulle ha
nytta av smarta textilier. Med
tryckkänsliga sensorer i dräkten
skulle registreringen av träffar bli
mer tillförlitlig.
Foto: Niklas Larsson, Bildbyrån
Bärbar teknologi
finns att köpa, det som presenteras som
”på gång” på fackmässor, det som ännu
finns i vetenskapliga labb och det som är
uttryckt i visioner och i policydokument.
Just nu råder en vurm förwearables, det
vill säga bärbar teknologi. Smartphones
har funnits en tid, men nu kommer ytterligare andra tekniker, till exempel glasö1. Följa sin egen träning
gon som har inbyggd kamera och display
Utövarens nytta är kanske det man
och klockor med många funktioner. Inom
närmast tänker på. Tack vare monitoreidrotten är pulsband eller aktivitetsband
ring får man ett mått på sin prestation
vanliga, till exempel sådana där man kan
och vet hur man ligger till i träningen.
koppla in sin telefon och använda den
Vi är redan där när det gäller pulssom stegräknare och pulsmätare.
klockor, stegräknare och aktivitetsKläder är självklart bärbara och smarta
armband. Nästa steg är textilifieringen
textilier har en given roll inom bärbar
– att mättekniken mjukare integreras
teknologi. Smarta textilier blir ett fantasi textilen. Komforten skulle då öka. De
tiskt gränssnitt inte minst mot mänskliga
band man sätter fast på armen för sin
kroppen. Fördelen är att monitoreringen
smartphone är fortfarande klumpiga.
kan göras dolt och icke inverkande på
Generellt sett är det textila inte särskilt
rörelse. Det blir ingen extra mojäng att
avancerat eller väl utnyttjat.
sätta på sig, när sensoriken redan finns i
textiler
skulle
plagget.
Smarta
textilier
är
extra
bra
när
också tyg till sin rätt eftersom muskler liksom tyg är utbredda och mätningSmarta
behöver
göras
påförenkla
användandet av sensortekniken. För
det som ska mätas inte är punktformigt
lera ställen snarare än i en punkt.
till exempel EKG behövs positionering
utan utbrett, EMG, EEG och EKG är alla
på bröstet enligt speciellt system. Ofta
exempel på det.
används geler för att få god elektriskt
Tio exempel på hur smarta textikontakt och kunna klistra fast elektrolier kan användas i idrotten
der. Med en smart t-shirt räcker det att
Vad kan då smarta textilier göra för
dra på sig sitt träningsplagg. Måttstälidrotten? Här följer några exempel. Ett
lena hamnar rätt tack vare att man fört
urval har gjorts med avsikt att täcka in så
in kunnande inom tillskärning och konmånga som möjligt av alla möjliga intresfektion och förenat det med fysiologi.
senter och för att belysa hur aktörer i den
Avancerad signalanalys gör att signalen
så kallade smarta textilvärlden ser på
fortfarande kan göras tillförlitlig även
framtiden. Vad framtiden är i år räknat
om elektriska kopplingen mot huden
är medvetet vagt angivet. Är det något
rör på sig som i en tröja.
historien
lärt
oss
är
att
det
är
svårt
att
sia
Attför
sådana
elektriska mätningar kan
Fig X. Träningsbyxa med inbyggda elektroder
muskelmätning göras
i
tyg
öppnar
upp ett spektrum av
om
den.
Träningsbyxa med inbyggda
elektroder för muskelmätning.
möjligheter till mätning. Nya fysioloExemplen rör sig mellan det som redan
are kan följa träning och tävling Tränaren kan också följa träningen. Tränare och utövare får därmed ett gemensamt, objektivt,
14 svensk idrottsforskning 3/2015
mått. Inledningsvis kräver det att tränaren sätter sig in i vad alla nya mätvärden innebär i
praktiskt instruktörsarbete. De allra flesta tränare torde behöva kompetensutveckla sig.
Många idrotter har inslag av bedömning – hur utfördes
ett skatingskär i klassiska stilen i skidtävlingen? Smarta
positionsgivare kan ge objektivare mått. I fäktning vill
inte och tryckkänsliga sensorer kan sättas in i fäktväste
giska parametrar kan nås, såsom EMG
(muskelmätning). Här kommer också
tyg till sin rätt eftersom muskler liksom
tyg är utbredda och mätning behöver
göras på flera ställen snarare än i en
punkt.
2. Tränare kan följa träning och tävling
Tränaren kan också följa träningen.
Tränare och utövare får därmed
ett gemensamt, objektivt, mått.
Inledningsvis kräver det att tränaren
sätter sig in i vad alla nya mätvärden
innebär i praktiskt instruktörsarbete.
De allra flesta tränare torde behöva
kompetensutveckla sig.
Å andra sidan effektiviserar detta
tränarens arbete som kan arbeta med
flera idrottare samtidigt. Efterhand kan
instruktörsmoment bortrationaliseras
till utövaren själv att ta ansvar för.
Det behövs inte längre ett mänskligt
öga som ser om en rörelse utförs
rätt. Sensorer kombinerat med
signalbehandling och beslutssystem
automatiserar detta.
3. Åskådare kan följa utövaren
Publiken kan också ta del av
information tack vare smarta textilier.
Det blir allt mer populärt. Vasaloppet
har haft erbjudandet en tid redan.
För tv-bolag öppnar detta nya
dimensioner och för många åskådare
blir upplevelsen större.
Också här finns det etiska diskussioner. Det handlar dels om fair play, dels
om integritet. I takt med att sport och
underhållning vuxit sig nära varandra
kan det komma att krävas att stjärnor
ger ifrån sig information för att få delta.
Det är frågor som är värda att fundera
över.
Men med textil kan man ta det hela
mycket längre. De är redan i dag möjligt att göra robotar som är kläder. Kan
man göra en helkroppsanalys av löpare
som har sensorer i alla klädesplagg,
kan man också spela upp denna rörelse
för en annan person. Man skulle då –
inledningsvis som del i datorspel – med
hjälp av små vibratorer och robotteknik
kunna återskapa en upplevelse av stjärnans utövande.
4. Utövaren kan undvika skador
Uppenbara användningsområden av
textilier inbegriper att skydda bäraren för kyla och regn. Och mekaniska
krafter från motståndare i till exempel fotboll eller ishockey för att undvika skador.
Med smarta textilier går det även
att fånga upp signaler från kroppen
Accelerometerteknik utvecklat av
om att den håller på att bliFigur
överbeX. Accelerometerteknik
vi ursprungligen
utvecklat
Textilhögskolan
och institutet
Acreo for medic
lastad, exempelvis genommen
att som
mäta
kan användasursprungligen
till rörelse hos
försimhoppare.
medicinska
muskelaktiviteten vid långvarig
tillämpningar, t.ex. för Parkinsons
7. Organisatörer deltagare sjukdom,
men som kan användas till
asfaltlöpträning. Airbagssystem
kankan följa att följa
rörelsen
hos simhoppare.
Massidrottstävlingar
har
länge
varit
i ökande. Säkerhets
integreras i kläder vid störtlopp eller
Skulle man kunna göra billiga t-shirts med inbyggda EK
fälttävlan.
erbjuda säkrare tävlingar. Uttorkning, dehydrering, är e
Tävlingströjan
5. Kontinuerlig rehab och
bättre kunde också innehålla elektroder som m
risken.
compliance
När man kan integrera sensorik i
8. Ökad prestation kläder, dolt med bibehållen
komfort,
Hajdräkter
blir det också mycket smidigare
att i simning har vi redan nämnt som exempel.
exempel
när aerodynamik samverkat med ytteknologi f
utföra långtidsmätningar. Inte bara
under en fotbollsmatch eller maratonlopp utan under ett helt träningsläger. Det kan ge nya kunskaper om
återhämtning och vila.
Man kan utsträcka detta ännu
längre. Om monitorering blir så
praktiskt att den inte alls påverkar
menligt i dagliga livet skulle det gå
att utvidga den till uppehållsperioder
och till hela säsongen, eller till flera
säsonger i följd. Naturligtvis finns det
Textiliers unika egenskaper
Kan bilda tvådimensionella ytor – billigt och med precision
Går att framställa lätta material
Kan täcka mycket stora och mycket små föremål
Draperbara
Mjuka
Når nära den mänskliga kroppen
Kan uppfattas som ett gränssnitt, en extrahud i vissa sammanhang
Kan skapa distans – bra exempelvis vid isolering
Kan skapa poröst skikt
Kan skapa tätt skikt
Uttrycker estetik
Uttrycker status
Kanske tydligaste stället mode visas i
Kan skapa hög draghållfasthet
Har inbyggd periodicitet
Återvinningsbara
Tabellen visar exempel på egenskaper textil har som kanske andra materialklasser helt saknar.
3/2015 svensk idrottsforskning 15
etiska dimensioner om integritet som
måste diskuteras. Notabelt är att redan
i dag är elitidrottare av dopningsskäl
mätta året runt, om än inte kontinuerligt.
I framtida bandage kan trycksensorer
och pH-mätare integreras för sårmonitorering och snabbare läkning. Hur
patienten följer läkarordinationen efter
skada, compliance, kan också följas och
förbättras.
6. Objektivare mått i bedömningsidrotter
Många idrotter har inslag av bedömning – hur utfördes toeloopen i konståkningen eller var det ett skatingskär i
klassiska stilen i skidtävlingen? Smarta
textilier med accelerometrar och positionsgivare kan ge objektivare mått. I
fäktning vill man säkerställa om det var
träff eller inte och tryckkänsliga sensorer kan sättas in i fäktvästen.
7. Organisatörer kan följa deltagare
Massidrottstävlingar har länge varit i
ökande. Säkerhetstänkandet ökar också
hos arrangörer. Skulle man kunna
göra billiga t-shirts med inbyggda EKG
skulle organisatörerna kunna erbjuda
säkrare tävlingar. Uttorkning, dehydrering, är en annan riskfaktor vid dessa
tävlingar. Tävlingströjan kunde också
innehålla elektroder som med vätskebalansanalys kan varsla om risken.
8. Ökad prestation
Hajdräkter i simning har vi redan
nämnt som exempel. Fartdräkter för
utförsåkning är ett annat exempel när
aerodynamik samverkat med ytteknologi för att minska luftmotståndet. När
smarta textilvärlden på riktigt förenar
sig med robotik finns möjligheter till
ökad lyftprestation, gripförmåga eller
benstyrka, må vara att detta inte ryms
inom befintliga sporter.
9. Organisatörer kan interagera med publiken
Smarta kläder är en kanal för kommunikation. I framtiden upplever man
inte bara en tävling visuellt och audiellt
utan även med andra sinnen. Naturligt
vid sport vore att uppleva en tävling
16 svensk idrottsforskning 3/2015
motoriskt och muskulärt. Tyg är vår
mest frekventa källa till taktila upplevelser och smarta textilier blir en arena för
nya upplevelser.
10. Utrustningsleverantörer kan följa sina produkter
Smarta sporttextilier lagrar information
om var de befinner sig, om hur smutsiga
de är, om sin nötningshistorik och om
de är på väg att gå sönder. Företag kan
sålunda hålla koll på sina produkter.
Framtidens sportproduktleverantörer
levererar kanske inte bara en produkt,
utan en tjänst och byter ut hockeyskyddet när det fått en spricka.
Hur ligger vi till i Sverige?
I Sverige har Textilhögskolan i Borås – en
del av Högskolan i Borås, länge arbetat
med smarta textilier inom det innovationsinitiativ som heter smart textiles. Tätt
samarbete sker med de två forskningsinstituten Swerea IVF och Sveriges tekniska
forskningsinstitut. Tillsammans bildas
Skandinaviens och norra Europas största
forskningsmiljö för framtidens avancerade
textila material, produkter och processer.
Stort fokus har legat på integration av
sensorer i textil för medicinska tillämpningar. Eftersom detta ofta innebär mätning av fysiologiska signaler är kopplingen
till sportområdet stark. Två exempel på
vad vi jobbar med är; ett fotkopplat system
för rörelsemonitorering som vi kallar
STEPS och en ny typ av textilfibrer för tillverkning av kläder med automatisk temperaturreglering.
Foten är intressant av flera anledningar.
Först och främst för att fotrörelser finns
med i väsentligen alla idrotter. Vidare
medger foten en relativ stabilitet jämfört
med exempelvis en fladdrig tröja. Ofta
finns fixa strukturer i omedelbar närhet,
såsom sko och sulor. Likaså finns häl och
underben som har delar som rör sig relativt lite under kroppsrörelser. Detta underlättar för elektroniken.
Gångmönster är repetitiva, vilket inledningsvis i våra forskningsprojekt underlättade identifieringen av mätsignaler. Vi
började med en stabil sko, sen övergick vi
till en lite mer flexibel sula för att nu ha
utvecklat en strumpa för sensorik, alltså
en utveckling med ett allt större inslag av
textil.
man töjer den alstras elektrisk spänning. Strumpan konstrueras så att piezofib
ställen vid strumpproduktionen, exempelvis häl och tå som i bilden, resten är
kan man få en uppfattning om bärarens löpmönster.
Piezoelektrisk signal (volt)
Figur 1. Prototypen STEPS (smart sextiles
STEPS (smart textiles evaluation platform
evaluation platform for socks) med strumpa.
for socks) ska ses som ett helt system (figur
Visar en tidig version av sändare och smartphone
1). Grundiden är att strumpan är försedd
med app för mottagning, lagring och visning av
signalen från tånedtrampet och hälisättningen.
med sensorer (röda och blå markeringar)
som sänds via en kort ledningsbana integrerad i strumpan till en avläsnings- och signalförstärkningsenhet (lådan i bilden).
I ett energisnålt överföringsprotokoll
sänds signalen trådlöst till en smartphone. I
en app vi utvecklat hanteras signalen. Både
lagring (loggning) och direktpresentation
är möjlig. Fantasin sätter gränserna för hur
man vill presentera informationen. Kanske
ska man använda färgmarkeringar om man
springer biofysikaliskt fel och kanske koppla
detta med en varning i form av vibration.
Om signalen tyder på trötthet kanske en
peppande låt går igång, och så vidare.
Sekunder
Ett annat material vi jobbar med kallas
STEPS är som sagt en plattform som kan
för PCM. Det står för phase changing maanvända många olika sensorer. Vårt mål är
Figur.
Till
vänster
prototypen
(smart
sextiles evaluation platform for socks) med strum
terials.
Vi tänker
oss STEPS
en sjö på
vårvintern.
att göra den så lik en vanlig strumpa som
sändare
och
smartphone
med
app
för
mottagning,
lagring och visning av signalen. Figuren till
Trots att vårsolen lyst på riktigt bra under
möjligt. Mätsensoriken ska inte synas och
strumpan.
Blå
är
tånedtrampet.
Röd
är
hälisättningen.
flera dagar och snön försvunnit i skogen De röda och blå kurvorna är förskjutna i
därmed inte heller störa utövaren. Därför
runt om och på stränderna ligger isen på
gäller det att hitta sensorer som är i fiber sjön kvar. Varför? Jo, för att det krävs
form och som kan integreras med vanliga
mycket energi för att omvandla vattnet
textila processer, det vill säga som det går
Ett annat
vi flytande.
jobbar med
kallas
för PCM. Det står för phase changing
från material
is till att bli
Även
om både
att maskinellt sticka med lika bra som vanoch vattnet är
noll att
grader
krävs det
ligt bomulls- eller polyestergarn.
en sjöisen
på vårvintern.
Trots
vårsolen
lyst på riktigt bra under flera dagar oc
energi
dem emellan.
skogen
runtför
omomvandlingen
och på stränderna
ligger isen på sjön kvar. Varför? Jo, för att
På samma sätt fungerar andra material.
för att omvandla vattnet från is till att bli flytande. Även om både isen och va
Men för dem är omslagstemperaruren
det energi
förinte
omvandlingen
dem
emellan.
kanske
noll utan 30, 32
eller
37
grader. Vax är ett sådant exempel. Vad vi
gjort är
attfungerar
framställa
en textilfiber
På samma
sätt
andra
material.som
Men för dem är omslagstemperaruren
har
en
kärna
av
vax
men
hölje
av
vanligt
32 eller 37 grader. Vax är ett sådant exempel. Vad vi gjort är att framställa en
polymert fibermaterial. Denna bikompokärna av vax men hölje av vanligt polymert fibermaterial. Denna bikomponen
nentfiber stickas till funktionsplagg. När så
funktionsplagg.
När så
snöboardåkaren
åker ner för backen iklädd detta och j
snöboardåkaren
åker
ner för backen iklädd
detta och jobbar hårt och är på väg att bli
En sådan stickningsbar textilfiber som vi
varm, går värmen åt till att smälta vaxet
har utvecklat är piezoelektriskt. Det inneistället för att skapa svettning. När åkaren
bär att fibern är gjord av ett material som
sedan står stilla i liftkön kommer en del av
kan omvandla mekanisk energi i form av
värmen tillbaka när vaxet stelnar. En tröja
töjning, dragning eller kompression till en
för jämn temperaturkomfort har åstadelektrisk spänning. Piezoelektriska material
kommits.
är inte helt ovanliga men få i världen klarar
Smarta textilier för sport är ett område
att göra fibrer av den. Detta gör strumpan
på frammarsch. Vi kan förvänta oss allt fler
unik.
Piezofibrerna har fördelen att det i princip kommersiella produkter i en nära framtid. Tyvärr finns det fortfarande ganska få
inte behöver drivas av någon form av yttre
svenska kommersiella aktörer. Det finns
energi. Så fort man töjer den alstras elektrisk spänning. Strumpan konstrueras så att stor plats för idrotten att intressera sig
för saken. Att börja formulera önskemål
piezofibrerna läggs in på vissa ställen vid
om vilka produkter som är relevanta och
strumpproduktionen, exempelvis häl och
slå sig samman med entreprenörer för att
tå som i figur 1, resten är vanligt garn. På så
skapa aktivitet och liv på området i Svevis kan man få en uppfattning om bärarens
rige. Månne något för dig, kära läsare?
löpmönster.
”Framtidens sportproduktleverantörer levererar kanske inte bara en produkt,
utan en tjänst och byter ut
hockeyskyddet när det fått
en spricka.”
3/2015 svensk idrottsforskning 17