Dank des sogenannten Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) lassen sich Wohngegenstände heute so miteinander vernetzen, dass sie unseren Alltag in vielerlei Hinsicht erleichtern: Rollläden fahren abends selbständig runter oder die Heizung schaltet sich automatisch ein. Allerdings fehlt es in privaten Haushalten in der Regel an flächendeckenden Niederspannungs- und Kommunikationsanschlüssen, um IoT-Komponenten wie Temperatursensoren, Mikrofone oder Lichtsignale an den gewünschten Orten zu installieren. Aus diesem Grund funktionieren die Geräte meist mit Batterien und Funktechnologien, was sie jedoch anfällig für Störungen und Ausfälle macht. Die Lösung: Smarte Textiloberflächen, die Wände und Böden im Wohnbereich für kabelbasierte Stromversorgung und Kommunikation nutzbar machen.

Entwickelt wurde die innovative Technologie von einem Konsortium unter Koordination des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) in dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt „ConText“ („Connecting Textiles“), das im Juli 2019 seine Arbeit begann und nun abgeschlossen ist.

Textilbasierte Stromversorgung, Kommunikation und Interaktion

Inspiration boten die Möglichkeiten intelligenter textiler Materialien, wie sie bei der Herstellung smarter Kleidung heute schon zum Einsatz kommen. Die Partner untersuchten das Potenzial elektronischer Textilien für die kabelbasierte Niederspannungsversorgung und Kommunikation in Rauminnenflächen. In einem explorativen Prozess wurde eine Infrastruktur entwickelt, die die Vorteile kabelgebundener Verbindungen nutzt und sich gleichzeitig unsichtbar in Textiloberflächen integrieren lässt. Die sogenannten Connecting Textiles ermöglichen somit nicht nur die flexible Anbindung von Aktoren und Sensoren im Wohnbereich mittels frei positionierbarer Patches, sondern auch die Stromversorgung und die Kommunikation mit Smart-Home-Systemen. Zudem ermöglicht die entwickelte Infrastruktur haptische Interaktionsmodalitäten zur intuitiven Steuerung von IoT-Geräten.

Infrastruktur über textile Tapete

Die Idee der Connecting Textiles wurde im Projekt beispielhaft anhand einer mehrschichtigen Tapete umgesetzt. Die Schichten bestanden aus: einer magnetischen Rückschicht (erhöht Haftung zwischen Patches und Tapete), einer Funktionsschicht (mit eingewebten Leiterbahnen, die den Strom vertikal verteilen) und einer dekorativen Deckschicht.

Zunächst untersuchten die Partner verschiedene gewebte und nicht-gewebte Materialien, wie sie in Standardtapeten verwendet werden, sowie unterschiedliche Verarbeitungstechniken (u. a. Siebdruck und Weben). Die gewebten Proben erwiesen sich dabei aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Leitfähigkeit als für die Funktionsschicht am geeignetsten. Die Sockelleiste dient für die elektrische Kontaktierung einer Tapetenbahn und ermöglicht die Verbindung mit benachbarten Tapetenbahnen, um eine großflächige Anwendung zu ermöglichen. Gleichzeitig verfügt die Leiste über die notwendige Elektronik und Funktion, um den Stromfluss zu überwachen, mögliche Schäden oder falsch angebrachte Bahnen zu erkennen.

Interaktionselemente

Die wesentlichen Interaktionselemente der Connecting Textiles sind funktionale Patches, die sich mithilfe von Magneten oder mittels Mikronadeln an der Rückseite flexibel an der Tapete befestigen lassen. Die Patches können entweder eine IoT-Funktionalität enthalten (z. B. Sensor) oder mehrere IoT-Geräte miteinander verbinden, um sie in das Smart-Home-System zu integrieren. Die Steuerung der Geräte kann auch über ein zusätzliches, mittels Siebdruck auf Textil konfektioniertes Interaktionsfeld erfolgen. Hierbei ist die Nutzung von Steuerungsgesten und individuell definierbaren Interaktionsfolgen möglich.