Min läslista

Din läslista är tom.

Foto: Niklas Larsson, Bildbyrån
2
Delningar
Lägg i läslista
Den nya teknologin / Övrig forskning

Smarta textilier kan revolutionera idrotten

3 Oct 2015
Text: Nils-Krister Persson, Textilhögskolan Borås
Ingår i temat: Den nya idrottsteknologin

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.

Sportlexikonet räknar 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.

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.

Exempel på 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

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 segelbåten, 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.

Smarta-textiler_träningsbyxa
Träningsbyxa med inbyggda elektroder för muskelmätning. Foto: Textilhögskolan, Borås

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.

Bärbar teknologi

Just nu råder en vurm för wearables, det vill säga bärbar teknologi. Smartphones har funnits en tid, men nu kommer ytterligare andra tekniker, till exempel glasögon som har inbyggd kamera och display och klockor med många funktioner. Inom idrotten är pulsband eller aktivitetsband vanliga, till exempel sådana där man kan koppla in sin telefon och använda den som stegräknare och pulsmätare.

Kläder är självklart bärbara och smarta textilier har en given roll inom bärbar teknologi. Smarta textilier blir ett fantastiskt gränssnitt inte minst mot mänskliga kroppen. Fördelen är att monitoreringen kan göras dolt och icke inverkande på rörelse. Det blir ingen extra mojäng att sätta på sig, när sensoriken redan finns i plagget. Smarta textilier är extra bra när det som ska mätas inte är punktformigt utan utbrett, EMG, EEG och EKG är alla exempel på det.

10 exempel – Så kan smarta textilier användas i idrotten

Vad kan då smarta textilier göra för idrotten? Här följer några exempel. Ett urval har gjorts med avsikt att täcka in så många som möjligt av alla möjliga intressenter och för att belysa hur aktörer i den så kallade smarta textilvärlden ser på framtiden. Vad framtiden är i år räknat är medvetet vagt angivet. Är det något historien lärt oss är att det är svårt att sia om den.

Exemplen rör sig mellan det som redan 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.

1. Följa sin egen träning

Utövarens nytta är kanske det man närmast tänker på. Tack vare monitorering får man ett mått på sin prestation och vet hur man ligger till i träningen. Vi är redan där när det gäller pulsklockor, stegräknare och aktivitetsarmband. Nästa steg är textilifieringen – att mättekniken mjukare integreras i textilen. Komforten skulle då öka. De band man sätter fast på armen för sin smartphone är fortfarande klumpiga. Generellt sett är det textila inte särskilt avancerat eller väl utnyttjat.

Smarta textiler skulle förenkla användandet av sensortekniken. För till exempel EKG behövs positionering på bröstet enligt speciellt system. Ofta används geler för att få god elektriskt kontakt och kunna klistra fast elektroder. Med en smart t-shirt räcker det att dra på sig sitt träningsplagg. Måttställena hamnar rätt tack vare att man fört in kunnande inom tillskärning och konfektion och förenat det med fysiologi. Avancerad signalanalys gör att signalen fortfarande kan göras tillförlitlig även om elektriska kopplingen mot huden rör på sig som i en tröja.

Att sådana elektriska mätningar kan göras i tyg öppnar upp ett spektrum av möjligheter till mätning. Nya fysiologiska 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 om att den håller på att bli överbelastad, exempelvis genom att mäta muskelaktiviteten vid långvarig asfaltlöpträning. Airbagssystem kan integreras i kläder vid störtlopp eller fälttävlan.

5. Kontinuerlig rehab och bättre compliance

När man kan integrera sensorik i kläder, dolt med bibehållen komfort, blir det också mycket smidigare att 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 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 konst- åkningen 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 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.

Stark forskningsmiljö 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.

Hjälper löparen

STEPS (smart textiles evaluation platform for socks) ska ses som ett helt system. Grundidén är att strumpan är försedd med sensorer (röda och blå markeringar) som sänds via en kort ledningsbana integrerad i strumpan till en avläsnings- och signalförstärkningsenhet (lådan i bilden).

Smarta-textilier_STEPS-socka
Prototypen STEPS med strumpa. Visar en tidig version av sändare och smartphone med app för mottagning, lagring och visning av signalen från tånedtrampet och hälisättningen. Foto: Textilhögskolan

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.

STEPS är som sagt en plattform som kan använda många olika sensorer. Vårt mål är att göra den så lik en vanlig strumpa som möjligt. Mätsensoriken ska inte synas och därmed inte heller störa utövaren. Därför gäller det att hitta sensorer som är i fiberform och som kan integreras med vanliga textila processer, det vill säga som det går att maskinellt sticka med lika bra som vanligt bomulls- eller polyestergarn.

En sådan stickningsbar textilfiber som vi har utvecklat är piezoelektriskt. Det innebär att fibern är gjord av ett material som kan omvandla mekanisk energi i form av töjning, dragning eller kompression till en elektrisk spänning. Piezoelektriska material är inte helt ovanliga men få i världen klarar att göra fibrer av den. Detta gör strumpan unik.

Piezofibrerna har fördelen att det i princip inte behöver drivas av någon form av yttre energi. Så fort man töjer den alstras elektrisk spänning. Strumpan konstrueras så att piezofibrerna läggs in på vissa ställen vid strumpproduktionen, exempelvis häl och tå som i figur 1, resten är vanligt garn. På så vis kan man få en uppfattning om bärarens löpmönster.

Kläder med jämn temperatur

Ett annat material vi jobbar med kallas för PCM. Det står för phase changing materials. Vi tänker oss en sjö på vårvintern. Trots att vårsolen lyst på riktigt bra under flera dagar och snön försvunnit i skogen runt om och på stränderna ligger isen på sjön kvar. Varför? Jo, för att det krävs mycket energi för att omvandla vattnet från is till att bli flytande. Även om både isen och vattnet är noll grader krävs det energi för omvandlingen dem emellan.

Framtidens sportproduktleverantörer levererar kanske inte bara en produkt, utan en tjänst och byter ut hockeyskyddet när det fått en spricka.

På samma sätt fungerar andra material. Men för dem är omslagstemperaruren kanske inte noll utan 30, 32 eller 37 grader. Vax är ett sådant exempel. Vad vi gjort är att framställa en textilfiber som har en kärna av vax men hölje av vanligt polymert fibermaterial. Denna bikomponentfiber stickas till funktionsplagg. När så snöboardåkaren åker ner för backen iklädd detta och jobbar hårt och är på väg att bli varm, går värmen åt till att smälta vaxet istället för att skapa svettning. När åkaren sedan står stilla i liftkön kommer en del av värmen tillbaka när vaxet stelnar. En tröja för jämn temperaturkomfort har åstadkommits.

Smarta textilier för sport är ett område på frammarsch. Vi kan förvänta oss allt fler kommersiella produkter i en nära framtid. Tyvärr finns det fortfarande ganska få svenska kommersiella aktörer. Det finns stor plats för idrotten att intressera sig för saken. Att börja formulera önskemål om vilka produkter som är relevanta och slå sig samman med entreprenörer för att skapa aktivitet och liv på området i Sverige. Månne något för dig, kära läsare?

Forskare

Nils-Krister Persson
Docent
Högskolan i Borås, Sektionen för textil textilteknologi

Läs mer om:

Nils-Krister Persson
skadeförebyggande
Sportteknologi

Tema: Smarta textilier kan revolutionera idrotten (6 artiklar)

Inga medaljer utan prestationsteknologi

Den nya teknologin Nya material, bättre sensorer och analyser av stora datamängder blir allt viktigare för elitidrotten. Teknologin är oumbärlig i träning och tävling och nödvändig i den globala konkurrensen om medaljer.

Smarta textilier kan revolutionera idrotten

Den nya teknologin Smarta textilier öppnar oändliga möjligheter för idrotten. Och i framtiden kanske publiken kommer mycket närmare sina idoler.

Den uppkopplade motionären

Reportage Ny teknik gör det möjligt att mäta det mesta. Men vad är det vi kommer att se, förstår vi vad det betyder och ökar det vår lust att röra oss mer?

Så håller du träningen uppe i kristider

Motivation Karin Weman Josefsson, expert på motivationspsykologi, ger tips på hur du håller igång träningen i coronatider – utan instruktör och träningskompisar.

Mobilapp ska kartlägga handbollsskadorna

Skador Hälften var överbelastningsskadade redan innan säsongen ens kommit igång. Det visar en pilotstudie på svenska handbollsspelare. En större kartläggning ska nu öka kunskapen om skadorna. Till hjälp finns spelarnas mobiltelefoner.

Friska hästar med ny sportteknologi

Den nya teknologin Smarta textilier och erfarenheter från flygindustrin utvecklar ridsporten. Målet är att förbättra hästarnas hälsa.

Prenumerera på vårt nyhetsbrev

link

Idrottsforskning.se ges ut av Centrum för idrottsforskning

08-120 537 00 (vxl)
cif@gih.se