Hållbart byggande kräver nya sätt att planera och genomföra samhällsbyggnadsprojekt. Smart textil är ett innovationsområde vars användning finns inom många branscher, och just bredden och det multidisciplinära är en utmaning. Jag belyser smart textil från två helt olika användningsområden, där tekniken är den samma oavsett om vi använder den inom sport & medicin eller samhällsbyggnad. En teknik som kan hjälpa oss att bygga järnväg med mindre bergkross, optimera livslängd för broar eller känsliga konstruktioner, vägar mm där vi behöver mäta vattenmängder eller rörelser i massor i realtid.
Vi på Sweco arbetar med flera områden där smart textil börjar användas. Sensorer som mäter fukt, rörelse, tryck och temperatur används inom flera industrier idag, och kommer att användas mer och mer tillsammans med textil för att snabbare kunna ge utslag och optimera produktionen. Andra områden där smart textil kan användas är vägbankar, järnvägsanläggningar (uppbyggnad av spår), förankring av broar med mera. Det finns även kopplingar till sättningar för hus, där en ingjuten textil kan ge olika data till först byggherre, sedan fastighetsägare, och sedan hyresgäst. Smart textil och funktionell textil är också en aktiv del av vattenrening.
På Sweco ser vi en stor nytta av smart textil inom hållbarhetsområdet, då exempelvis optimering av använda material som betong och bergkross direkt ger en minskad klimatpåverkan. Nedan berättar jag mer om smart textil och dess användningsområden!
Smart textil interagerar med sin omgivning
En smart textil består av material som kan skicka signaler för att interagera aktivt med omgivningen. Det kan vara garnet i sig som är ledande, påsydda tygbitar som är ledande, eller invävda eller påsydda sensorer. Arbetet med att förstå hela kedjan för både användningsområde och tillverkning är multidisciplinärt då olika faktorer spelar in i funktionen för slutprodukten. Vi behöver förstå garn och fibers egenskaper för att anpassa dessa till textilens användningsområde.
Användningsområden för smart textil
Smart textil inom anläggningsbyggnad
Att anlägga en ny väg eller järnväg kräver mycket material, stor arbetsinsats och en omfattande masshantering. Vid större anläggningar av infrastruktur som vägar, järnvägar, broar och tunnlar är säkerheten och livslängden på konstruktionen viktig. Det innebär att vi vill undvika sättningar i konstruktionen som till exempel kan innebära sprickbildning i asfalt, broar och tunnlar som försvagar konstruktionen eller att järnvägen blir ojämn.
En smart geotextil bör kunna bidra till att förbättra och optimera konstruktioner inom anläggningsbyggnad. I dagsläget saknar vi ett regelverk som är gemensamt för byggnation med smart geotextil i Sverige och EU. Därför behövs gemensamma projekt med storskaliga prov som kan studeras över tid och visa på nyttan.
De byggnadstekniska bestämmelserna som reglerar hur anläggningsarbeten får utföras i Sverige är anpassade för att minimera risker. Detta innebär för järnvägens del att det finns risk att vi överdimensionerar för att vara säkra på hållfastheten i anläggningen, och att vi använder större mängder bergkross än vad som egentligen behövs vid byggnation av ny järnväg. Om säkerheten skulle visa sig lika god genom övervakning av en smart geotextil skulle detta ge både ekonomi- och hållbarhetsvinster.
En smart textil kan användas till att mäta rörelser, tryckförändringar och fukt i realtid. Den bör ge bra besked på hur länge vi kan använda en anläggning för att nyttja så stor del av livslängden som möjligt. Dessutom bör vi kunna få indikationer på hur anläggningen klarar påfrestningar, hur vi kan optimera underhåll, undvika skador och förlänga livslängden. Vid konstruktionsmoment under byggfasen kan vi behöva information om sättningar vid torktider för betong, aktuellt geohydrologisk status eller rörelser i mark vid packning av olika massor som jord, grus eller sten mm. Olika intressenter har olika behov av information under en anläggnings livslängd. Vid byggnation är vissa mätbara parametrar värdefulla, och vid drift kanske andra parametrar är viktigare. För att optimera detta behöver vi redan i design och projekteringsskedet förstå vilken mätdata som olika intressenter behöver under hela användningstiden för den smarta textilen.
Konstruktion och material
Tillverkningsmetoden för geotextilen kan variera mellan vävda material och en Non-woven väv. Om vi inte utgår från en färdig textil finns olika varianter av ledande garner där koppar, silver, rostfritt stål eller ledande polymerer gör det möjligt för garnerna att leda ström. Forskning på miljövänliga alternativ som har bra ledningsförmåga är viktigt. Jag ser stora risker med att använda silver ur miljösynpunkt, och rekommenderar inte detta även om dess strömledningsförmåga är mycket bra.
Det finns ett par olika alternativ för hur en smart geotextil skulle kunna ge oss användbar mätdata. Det ena alternativet innebär att man kan nyttja både piezoelektriska kraft- (tryck) och töjningssensorer till att detektera förändringar i marken som indikerar till exempel sättningar. Det andra alternativet innebär att man adderar fuktsensorer genom piezoelektriska garner eller piezoelektriska sensorer för att mäta både tryck, töjning och fukt.
Textila och bärbara sensorer för p-hälsa
För att få perspektiv på annat än infrastruktur vill jag berätta om ett forskningsprojekt som pågår på Textilhögskolan i Borås. Där bedrivs tvärvetenskaplig forskning om bärbara sensorer för biomedicinska applikationer med inriktning på utveckling av nya ”p-hälsoapplikationer”. Med P-hälsa avses personlig, förutsägbar (predictable), förebyggande (preventive), exakt (precise) och genomgripande (pervasive) hälso- och sjukvård. Forskargruppens särskiljande drag är att det katalyserande elementet i sådana nya applikationer är textila, både gällande material, sensorer och plagg.
Jag finner det intressant att deras tillvägagångssätt är holistiskt, och innefattar allt från grundforskning i textila sensor-material; tillämpad forskning inom textil-elektronisk integration; till translationell forskning (överförande forskning) för att kunna använda p-hälsolösningar i verkliga miljöer. Överföring och innovation är kritiska aspekter av det arbete som utförs i forskargrupper, därför är både funktionalitet ett viktigt krav och även möjliggörandet utav industriell tillverkning och hållbar affärsutveckling.
Emanuel Gunnarsson säger ”forskningsarbetet är inte bara tvärvetenskapligt utan faktiskt multidisciplinärt till sin natur och därför använder vi i gruppen en mängd olika kompetenser såsom medicinsk teknik, textilteknik, textiltillverkning, materialvetenskap, hälsovetenskap och medicin och även design av plagg och industriell design. Alla dessa delar behövs för att hjälpa samhällsaktörer att förverkliga sensoriserade plagg”. Forskarna har bland annat tagit fram en t-shirt (se bild) som ska användas i ett projekt för bättre arbetsmiljö vid Umeå Universitet och mäter hållning och puls på den som bär plagget. All aktiv elektronik är lätt att plocka ur plagget när det t.ex. behöver tvättas eller om elektroniken behöver underhåll. Till hela systemet hör även egendesignade och egenproducerade adaptrar mellan elektroniken och textilien. Dessa adaptrar skriver forskargruppen ut på deras ”material jetting” 3D-skrivare.
Forskargruppen utnyttjar de specifika kompetenser som finns tillgängliga på Textilhögskolan, samt inom andra delar av Högskolan i Borås som Smart Textiles, Prehospen och MedTech West.
Smart textil ger samhällsnyttovinster
Inom smart geotextil finner jag nyttan med miljövinster totalt avhängig den sammanlagda nyttan av anläggningskonstruktionen. Det är svårt att acceptera en användning av plast och metall för användning under jord och i konstruktioner, där de kan ge föroreningar till mark och vatten genom att tungmetaller och nanopartiklar frigörs. Dessa kan ge långvarig skada på vår miljö och ekosystem. Det är utmaningar som jag gärna arbetar fram en lösning på.
Inom P-hälsa ser jag stor potential i att utveckla bättre livskvalité för människor som ger ökad förutsättning till god vård till alla i ett uppkopplat samhälle. Genom de möjligheter som öppnas ser jag en nödvändig utveckling med hjälp av datadriven information för att vården ska räcka till alla. Tänk om ditt lakan i sängen kunde ge signaler och larma vid hjärtstopp, kramper eller plötslig feber? Eller om bilens säten kunde ge signal att föraren fått en hjärtinfarkt och larma ambulans?
Jag ser nyttan i att fortsatt analysera och prova nya smarta textila material och lyfta de positiva egenskaper som finns i dessa. Möjligheterna är enorma, frågan är bara vad vi vill använda informationen till.
Är du nyfiken på hur smart textil kan användas i ditt projekt? Kontakta mig gärna på maria.ahlberg@sweco.se
För mer info om projektet om P-hälsa, kontakta Textilhögskolans forskargrupp
Seniora
Fernando Seoane Martinez, Professor, forskningsledare
Kaj Lindecrantz, Professor
Andra medlemmar från avdelningen
Veronica Malm, biträdande universitetslektor i textil teknologi
Magnus Bratt, adjunkt, industridesign
Monik Nyrén, adjunkt, textila material
Kristian Rödby, trikå-expert
Doktorander
Emanuel Gunnarsson, Ph.Lic. i fysik, (50% adjunkt, 50% doktorand), förväntat försvar 2023
Alberto Ramos, MA (industri-doktorand), förväntat försvar 2022
Sara Benour, MSc (extern doktorand i Algeriet) förväntat försvar 2021
Andra medlemmar
Abdelakram Hafid, PhD. I medicinteknik (gästforskare)
