Tyget som kan göra dig starkare

En dräkt som gör dig starkare. Nej, det är inte science fiction. Forskare vid Linköpings universitet hoppas på att kunna bygga in så kallade textila muskler i kläder.

4 februari 2017 20:40

– Kläderna är en så självklar del för människor. Man har dem på sig större delen av tiden och de sitter väldigt nära kroppen. Därför är det väldigt intressant att använda dem som ett tekniskt hjälpmedel för funktionsnedsatta att kunna röra sig. Det säger Nils-Krister Persson, universitetslektor vid Smart textiles, högskolan i Borås. Idén kommer från hans kolllega Edwin Jager – lektor vid sensor- och aktuatorsystem, institutionen för kemi, biologi och fysik vid Linköpings universitet – som har tagit fram det speciella materialet.

De har ett gemensamt förflutet. Nils-Krister Persson har disputerat vid LiU och bor i Linköping men arbetar i Borås. Edwin Jager arbetar med att utveckla material och mikrorobotar, små microchips eller fibrer som kan utföra en liten rörelse. Efter ett seminarium för cirka fem år sedan började de prata om tygets egenskaper.

– Vi kom fram till att vi borde göra muskler av tyg ihop, berättar Edwin Jager. Och det var lätt att hitta många skäl till det. Tyg är väldigt speciellt uppbyggt. Det är många små trådar som gör det till något väldigt starkt material. På samma sätt fungerar riktiga muskler.

Redan i dag finns så kallade exoskelett som man kan sätta på till exempel benen och skapa en rörelse. Dagens exoskelett drivs av motorer eller tryckluftssystem. I den aktuella studien har forskarna i stället utnyttjat de fördelar som finns med lätta, smidiga tyger.

– Vår dröm är att i framtiden ha exoskelett som mer liknar klädesplagg, exempelvis ”running tights” som man kan bära under sina vanliga kläder, för att göra det lättare att gå när man blir äldre eller svagare av någon anledning, säger Edwin Jager.

De här två forskarna är ganska underhållande, där i laboratoriet i Fysikhuset i Linköping. De drar i min tröja och pratar ivrigt om olika sömnadstekniker, som stickning och vävning. De har utvecklat ett särskilt elastiskt tyg som kan massproduceras industriellt och som de testar. Genom att belägga tyget med ett elektroaktivt material, en ledande polymerplast, får tyget sina krafter. En svag ström i tyget ändrar det elektroaktiva materialets volym – och trådarna blir lite längre!

Då börjar Edvin Jager att rita på en whiteboard:

- Allt sker på molekylär nivå. Här är polymerkedjorna. Här kommer jonerna in. De tar lite plats och polymerbeläggningen svälls. På grund av denna svällning, måste trådarna töja sig och då rör sig tyget. Detta förstärks genom att det är många trådar som "jobbar" tillsammans.

Genom att koppla musklernas signaler till tyget skulle man kunna få tyget att röra sig precis när det behövs, på samma sätt som man redan idag styr proteser. De har hittills lyckats ge kraft åt en liten robotarm i lego. Kraften de har upppnått är egentligen lika stor som en mänsklig muskels – till och med lite större. Men det är per area. En muskel är ganska tjock, och tyget ska ju förstås vara så tunt som möjligt. Dessutom har de minst en nöt till att knäcka: – Än så länge krävs en saltlösning för att få tyget elektroaktivt. Det vill säga att tyget måste vara lite blött, vilket inte är så bekvämt.

Tror ni att det går att göra ett tyg som får människor lite starkare?

– Ja. Eftersom det elektroaktiva materialet är 15 gånger starkare än en mänsklig muskel, säger Edwin Jager. – ... Och eftersom vi redan ett material som går att massproducera så är det faktiskt mycket troligt. Men vi vågar inte gissa hur lång tid det tar, säger Nils-Krister Persson.

Det finns liknande forskning på andra ställen i världen, inte minst inom försvarsindustrin. Det är kanske lätt att tänka på superhjältarna och deras fantasidräkter. Men Nils-Krister Persson tar snabbt ned min science fiction på jorden.

– Det här är bara science, säger han. Vi tänker snarare på hur vi kan hjälpa funktionsnedsatta till ett bättre liv. Det här känns verkligen som meningsfull forskning!

Deras studie har fått en internationell uppmärksamhet, och nyligen publicerats i den vetenskapliga tidskriften Science Advances. De samarbetar bland annat med ett Karolinska institutet och University of Wollongong, i Australien. Edwin Jager arbetar också med studier kring mikrorobotar och katetrar som behöver böjas för att röra sig i trånga passager .

– Det finns väldigt många användningsområden för det här materialet, säger Edwin Jager.

Textila muskler

Tyg av cellulosagarn vävs eller stickas industriellt av Textilhögskolan i Borås. Detta beläggs sedan i Linköpings universitet med en elektroaktiv polymer (plast) genom en kombinerad kemisk-elektrokemisk coating process.

Denna beläggning ger tyget dess mekaniska funktion. När en svag negativ spänning läggs på materialet utvidgar polymeren och tyget töjs. Genom att därefter lägga på en positiv spänning krymps polymeren igen och därmed tyget.

Projeket finansierades av Carl Tryggers Stiftelse, Vetenskapsrådet, Textiles Initiative (VINNOVA), COST Action MP1003, EU FP7 Marie Curie action IEF, EU Erasmus exchange program, Linköpings universitet och Högskolan i Borås.

Målet är att utveckla ett mekaniskt aktivt tyg som kan integreras i kläder, som en knä eller armbågs-”sleeve”, tights, eller ett elastisk bandage, för underlätta rörelse hos äldre, eller funktionsnedsatta under rehabilitering.

Läs en studie här!

Så jobbar vi med nyheter
 Läs mer här!
Ulrik Svedin

Ämnen du kan följa