Jos muoti ja vaatteet ovat olleet pitkälti kemiaa, tulevaisuudessa ne ovat myös sähkömagnetismia ja päälle puettavia tietokoneita.
Aarre arkistoista -juttu on julkaistu ensimmäisen kerran Kemia-lehdessä 3/2017. Lue kaksiosaisen kokonaisuuden ensimmäinen osa täältä.
Jarmo Wallenius
Jos vuorovaikutteiset älyvaatteet ja elektroniset eli e-tekstiilit sovelluksineen toden teolla valtaavat vaatemarkkinat, päivittäinen elämämme mullistuu.
Kun puhutaan älyvaatteista, kyseessä voivat olla ainoastaan älykankaan tai älykuidun omat ominaisuudet.
Hyvä esimerkki on vaikkapa uimarin suorituskykyä parantava haipuku. Älyvaate ei välttämättä edellytä elektronisia komponentteja.
Elektronisella tekstiilillä taas tarkoitetaan kuituja, jotka mahdollistavat digitaalisten komponenttien, jopa pienten tietokoneiden upottamisen ja sulauttamisen kankaaseen.
E-tekstiileissä tieto- ja sähkötekniikka yhdistyvät paitsi vaatteisiin, muotiin ja sisustukseen myös hyvinvointiin ja terveyteen.
Modernit e-tekstiilit voivat siis tulevaisuudessa muuttaa koko toimintaympäristöämme. Ne eivät silti ole niin uusi idea kuin voisi luulla.
Hopeisten ja kultaisten lankojen ja folioiden nivominen tavallisiin kangaskuituihin on peräisin muinaisilta egyptiläisiltä artesaaneilta. Sähköäkin alettiin liittää vaatetukseen jo 1800-luvun lopulla.
Ensimmäisten älyvaatteiden eli avaruuslentäjien pukujen esiinmarssi käynnistyi 1960-luvun alussa.
Nasa on kehittänyt muun muassa olomuotoaan muuttavia materiaaleja, joilla voidaan ulkoisten olosuhteiden mukaan säädellä puvun ja siten myös astronautin kehon lämpötilaa.
Vuonna 1968 New Yorkissa herätti huomiota suunnittelija Diana Dewin sähköluminesenssinen mekko sireeniäänisine vöineen. Uutuus sopi hyvin ajan discopukeutumiseen.
Ensimmäinen elektroninen vaate valmistui tasan 30 vuotta sitten Massachusettsin teknillisen yliopiston MIT:n medialaboratoriossa.
Se oli musiikkitakki, johon oli asennettu kosketusherkkä Midi-soitin. Teräksestä tehtyjen palasten avulla koskettimisto saatiin sähköä johtavaksi.
Akulla toimineen musiikkitakin kovaääniset oli sijoitettu sen taskuihin. Farkkuvalmistaja Levi’s ja elektroniikkajätti Philips kehittivät myöhemmin takista myös kaupallisen version.
Vuonna 1997 päivänvalon näki ensimmäinen tietokoneistetulla numeerisella ohjauksella varustettu ”kutomakone”, joka kykeni liittämään optista materiaalia joustaviin materiaaleihin.
Keksinnön ansiosta huvipuisto Disney Worldia varten alettiin valmistaa valaisevia puseroita.
Tämänkin innovaation juuret juontavat kauas taaksepäin.
”Lordi Byronin tytär, matemaatikko Ada Lovelace, etsi jo 1800-luvun alussa Charles Babbagen analyyttiseen koneeseen ohjelmistoratkaisuja silloisten kangaspuiden informaatioteknologiasta eli reikäkorteista”, muistuttaa tutkija Rebecca Stewart Lontoon Queen Mary -yliopistosta.
Stewart luennoi elektronisten tekstiilien historiasta ja tulevaisuudesta Britannian tiedeviikoilla, jotka järjestettiin Swanseassa viime syksynä.
Kymmenen vuotta sitten Washington DC:ssa esiteltiin farkkutakkiin upotettu, useita pesukertoja kestävä tietokonenäyttö. Varsinaisten tietokonevaatteiden kaupallinen läpimurto odottaa silti vielä tuloaan.
E-tekstiilien rakennussarjoihin erikoistunut Arduino on kuitenkin jo tuonut markkinoille vaatteisiin istutettavat mikrosäätimet.
Samaten muutamat muotitalot, kuten CuteCircuit, hyödyntävät aktiivisesti e-tekstiilien mahdollisuuksia.
E-paidan käyttäjä voi esimerkiksi lähettää sähköisiä tervehdyksiä paitaansa upotettujen anturien avulla.
Vuonna 2012 alan guruihin lukeutuva keksijä Harry Wainwright esitteli Melbournessa asusteen, jonka väriä pystyi vaihtamaan älykännykällä.
Asuste tunnisti kännykkäpuhelun soittajan ilman digitaalista näyttöä ja sisälsi myös wifi-hälytysjärjestelmän taskuvarkaiden varalta.
Esteettisiä ja suorittavia
Elektroniset tekstiilit voidaan jakaa esteettisiin kankaisiin ja suorittaviin tekstiileihin. Esimerkki ensimmäisistä ovat led-valaistut vaatteet. Jälkimmäisiä ovat vaikkapa erilaiset sormikkaat ja soitettavat pöytäliinat.
Passiiviset e-tekstiilit tunnistavat ympäristössään tapahtuvia muutoksia.
Aktiiviset e-tekstiilit myös reagoivat toimintaympäristönsä ulkoisiin muutoksiin. Vaate voi taltioida, analysoida, varastoida, lähettää ja näyttää informaatiota.
Tulevaisuuden tavoitteena on, että tällaisia avatar-asuja pystytään valmistamaan erilaisilla kutomakoneilla massatuotantona hieman samalla tavalla kuin nykyisin voidaan yhdistellä paperia ja elektroniikkaa.
Kuitujen ja komponenttien materiaalit voivat olla puolijohteita, eristeitä, metalleja ja muoveja aina tarpeen mukaan.
Eri puolilla maailmaa järjestetään jo runsaasti työpajoja, seminaareja ja muoti- ja teknologiatapahtumia, joissa ihmiset voivat henkilökohtaisesti tutustua e-tekstiilien suunnitteluun ja valmistukseen.
Tapahtumissa akateeminen tieto lomittuu ja yhdistyy käsityötaitoon.
Rebecca Stewart pitää e-tekstiilejä erinomaisena mahdollisuutena houkutella myös nuoria, niin tyttöjä kuin poikia, luonnontieteiden, tekniikan, insinööritieteiden ja koodauksen pariin.
Sukkapuikko ja virkkuukoukku voivat vaihtua juotoskolviin ja prosessoriin tai päinvastoin.
Hänen mukaansa e-tekstiileillä on tärkeä rooli teknologian edistymisessä.
”E-tekstiilien avulla teknologia integroituu saumattomammin ympäristöömme. Näin tapahtuu jo, kun vaikkapa älypuhelimet ja valvontakamerat käyvät yhä pienemmiksi. E-tekstiilien ansiosta tietokoneet voidaan sulauttaa vaatteisiimme ja huonekaluihimme”, Stewart kuvailee.
Tällä hetkellä erilaisten päällä pidettävien elektronisten älylaitteiden, kuten aktiivisuusrannekkeiden ja älysilmälasien, markkina-arvo on vuositasolla 30 miljardia euroa.
Laajennetun todellisuuden esiinmarssin myötä summan on arveltu 10 vuodessa viisinkertaistuvan.
Elektronisten tekstiilien vuosittaiset markkinat jäävät vielä selvästi alle miljardin euron, mutta niidenkin uskotaan nousevan kolmeen miljardiin vuoteen 2026 mennessä.
E-tekstiilien menestyksen ratkaisee paljolti käytännöllisyys.
Jotta massatuotanto mahdollistuu, elektroniikka pitää saada yhdistetyksi kankaisiin jo langan kudontavaiheessa.
Lisäksi elektronisia älyvaatteita tulee voida pitää ja pestä ilman, että kuosit tai ominaisuudet muuttuvat. Teknologian ei pitäisi myöskään erottua vaatetuksesta.
Terveydestä taiteeseen
Äly- ja e-tekstiilien suurimmat markkinat (30 prosenttia) ovat tätä nykyä turvallisuus- ja sotilasteknologiassa. Toisena tulee kodinsisustus ja arkkitehtuuri 22 prosentin osuudellaan.
Kolmannella sijalla on urheilu- ja kuntoiluteknologia (15), jota seuraavat kuljetus (14), muoti (11) ja terveys (6 prosenttia).
Tulevaisuudessa terveysteknologian, työasusteiden, urheilun ja muodin osuuden veikataan kehittyvän yhtä suuriksi. Kukin nappaisi alan markkinoista liki neljäsosan.
Sisustuksen ja life stylen alueella e-tekstiilien uskotaan jatkossa valtaavan peräti 70 prosenttia markkinoista.
”Koska e-tekstiilit pohjautuvat samaan tekstiiliteknologiaan, jota käytetään tavallisten, sähköä johtamattomien lankojen ja kuitujen valmistukseen, ne sopivat hyvin vaikkapa tanssitaiteeseen”, Rebecca Stewart lisää.
”Modernit e-tekstiilit myötäilevät paremmin vartalon liikkeitä kuin entiset printatut virtapiirit.”
Valoa on kyetty aiemminkin yhdistämään tanssiasusteisiin ja muotiluomuksiin, mutta jatkossa käytössä on yhä monipuolisempia sensoreita, joilla voidaan tarkastella kehon kieltä ja biologiaa.
Ensimmäisen sukupolven e-tekstiileissä anturi kiinnitettiin vaatteeseen, toisen sukupolven e-tekstiileissä se voitiin upottaa itse vaatekappaleeseen.
Kolmannen sukupolven päälle puettavassa elektroniikassa anturina toimii e-tekstiili itsessään.
Viimeistään silloin voidaan puhua kuituoptiikkaan vertautuvasta kuitutroniikasta, jossa metallista johdekuitua tai nanokokoisia johdepartikkeleita on sekoitettu tavallisen tekstiilikuidun sekaan.
Grafeenimuste sopii e-tekstiilien johteeksi
Cambridgen grafeenikeskuksen ja Jiangnanin yliopiston tutkijat ovat keksineet uuden keinon valmistaa sähköä johtavaa puuvillakangasta.
Kankaan johtavana ainesosana he ovat käyttäneet grafeenipohjaista mustetta.
Cambridgelaisen Felice Torrisin ja jiangnanilaisen Chaoxia Wangin johtama tutkimus Environmentally-friendly conductive cotton fabric as flexible strain sensor based on hot press reduced graphene oxide julkaistiin Carbon-tiedelehdessä.
Tulokset osoittivat, että joustava venymäliuskeanturi toimii hyvin grafeenimustetta johteina käyttävässä vaatteessa.
Tutkijat valmistivat grafiitista kemiallisesti grafeenia ja ruiskuttivat näin syntynyttä grafeenioksidia puuvillaan.
Kangasta piti vielä lämmittää, jotta happi saatiin irrotetuksi grafeenista. Samalla kankaan sähkönjohtavuus kasvoi.
Grafeeni kiinnittyi kankaaseen samalla tavalla kuin väriaine ja kesti sekä lukuisia pesukertoja että satoja taivutuksia.
Aiemmin sähköä johtava muste on valmistettu hopean kaltaisista arvometalleista.
Grafeeni on niitä paljon edullisempaa ja ympäristölle hellävaraisempaa. Se on myös kemiallisesti hyvin yhteensopiva puuvillan kanssa.
Grafeeni ja muut kaksiulotteisista materiaaleista valmistetut musteet voivat muodostaa kankaaseen useita nanokoon hiutaleista koostuvia sähköä johtavia tasaisia verkkoja. Ne sopivat päällä pidettävien ohuiden anturien käyttöön.
Suuren yleisön asenne ratkaisee
Kun vaateteollisuus alihankkijoineen ja johdannaisineen pähkäilee, kuinka äly- ja e-tekstiilien massavalmistus ja jokapäiväinen käyttö toteutetaan, avainsana on käytännöllisyys.
Kaikki riippuu siitä, hyväksyykö suuri yleisö smartit kuteet pysyväksi osaksi arkeaan.
On nimittäin jo merkkejä siitä, että ihmiset kyllästyvät nopeasti esimerkiksi tarkkailemaan toimintojaan ja vuorokausirytmiään ja mittaamaan kuntoaan rannekkeilla ja muilla älylaitteilla.
Asiasta raportoivat tutkijat Ranskassa tammikuussa pidetyssä Futex-konferenssissa, jonka aiheena olivat interaktiiviset tekstiilit. Heidän mukaansa moni on jo heittänyt vempeleet nurkkaan ja jatkanut kuntoiluaan ilman ”älyä”.
Toiseksi kuluttajat haluavat myös suojella yksityisyyttään.
Ihmiset tahtovat pysyä anonyymeinä ja tietää, mihin heistä vaikkapa rannekkeilla kerättävää tietoaineistoa käytetään. Tärkeänä pidetään mahdollisuutta itse deletoida data tarpeen tullen.
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
