Stoff + Form = eine Maske, die einzigartig zu Ihrem Gesicht passt

Jun 09, 2023

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Die Wahl figurbetonter Kleidung hängt nicht immer von der Wahl der Mode ab. Die globale Pandemie hat beispielsweise die Notwendigkeit von Gesichtsmasken unterstrichen, die Nase und Mund wirksam abdichten. Aber Gesichter und ihre Gesichtszüge unterscheiden sich von Person zu Person und können dazu führen, dass Einheits-Gesichtsmasken weniger wirksam sind. Als begehrtes Accessoire haben sich gut sitzende Masken erwiesen.

Lavender Tessmer, Doktorandin in der Architekturabteilung des MIT, hat eine neue aktive Faser entwickelt und einen Prozess entworfen, der – kombiniert mit einer speziellen gestrickten Textilarchitektur – Wärme nutzt, um eine Maske zu aktivieren, damit sie sich dem Gesicht einer Person anpasst. Mit standardmäßiger Textilausrüstung und dem neuen Individualisierungsprozess kann jeder Hersteller eine individuelle Maske erstellen.

Bevor Tessmer 2017 ans MIT kam, hatte er keine formelle Einführung in Textilien. Sie begann mit Skylar Tibbits zusammenzuarbeiten, außerordentlicher Professor am Fachbereich Architektur und Gründer des Self-Assembly Lab, wo programmierbare Materialien – einfache Materialien, die aktiviert werden können, um wahrzunehmen, zu reagieren und zu transformieren – zu den Forschungsthemen gehören. Im folgenden Jahr kaufte das Labor eine industrielle Flachstrickmaschine, die in der Textilherstellung auf der ganzen Welt allgegenwärtig ist, und Tessmer machte sich an die Arbeit und lernte, wie man sie bedient.

„Es erfordert eine enorme Lernkurve und es gibt unendlich viele Dinge, die man mit einer solchen Maschine machen kann“, sagt Tessmer.

Ihr früher Einstieg in die Strickmaschine war ein Vorbote für die bevorstehende Arbeit.

Ein Vorsprung

Einige Jahre vor der Pandemie erhielt Tibbits‘ Labor ein Stipendium von Advanced Functional Fibers of America (AFFOA), um „intelligentere Textilien“ zu entwickeln, die wahrnehmen, reagieren und transformieren können. Die Forschung führte zu einer Partnerschaft mit Ministry of Supply – einem auf High-Tech-Bekleidung spezialisierten Modeunternehmen – zur Entwicklung eines neuen Systems für „intelligente Textilien“. Das von MIT-Absolventen gegründete Ministry of Supply nutzt temperaturregulierende Materialien, um umweltverträgliche Kleidung für Profis zu entwerfen und herzustellen.

Im Frühjahr 2020 veränderte ein Zusammentreffen verschiedener Ereignisse ihre Zusammenarbeit. Die globale Pandemie zwang Unternehmen im März zur Schließung; die Fakultät für Architektur forderte Vorschläge zur Finanzierung von Forschungsstellen für Studierende, die mit der Fakultät an „krisenbezogener Forschung“ arbeiten sollen, einschließlich gestalterischer Reaktionen auf die Pandemie; und die Notwendigkeit von Masken zum Schutz der Ersthelfer und der Öffentlichkeit wurde deutlich. Die Forschung von Tibbits wurde von der Abteilung finanziert.

„Lavender hat bereits versucht, Textilbekleidung mit individueller Passform herzustellen, sodass wir schnell auf die Herstellung maßgeschneiderter Masken umsteigen konnten“, sagt Tibbits. „Aber die größte Herausforderung bei jeder Individualisierung besteht darin, dass man nicht jede Maske einzigartig machen kann. Das wird zu einem Problem der Fabriklogistik. Man muss in der Lage sein, diese in Massenproduktion herzustellen. Kunden möchten nicht Wochen oder Monate auf ihre einzigartige Maske warten.“ "

Wie wird dann eine massenproduzierte Maske auf ein individuelles Gesicht zugeschnitten?

„Lavendel hat die Strickstruktur – die Architektur – der Maske geschaffen“, sagt Tibbits. „Die Materialeigenschaften allein führen nicht zum Verhalten einer präzisen Transformation. Es handelt sich grundsätzlich um zwei- oder dreidimensionale Strickstrukturen, und mit jedem einzelnen Stich kann man die Struktur und die Materialien verändern.“

Tessmer entwickelte auch eine der beiden aktiven Fasern (die andere war bereits im Handel erhältlich), die auf Hitze reagieren mussten, damit das Gewebe auf vorhersehbare Weise kontrolliert werden konnte.

„Es musste ein klarer Zusammenhang zwischen der Menge der zugeführten Wärme, der Art der Anwendung mit dem Roboter und einem vorhersehbaren Ergebnis bei der Dimensionsumwandlung des Stoffes bestehen“, sagt Tessmer. „Das war ein iterativer Prozess zwischen der Entwicklung des mehrschichtigen Stoffes, der Messung seiner Dimensionsänderung und schließlich der Fähigkeit, den Roboter auf wiederholbare und vorhersehbare Weise Wärme auftragen zu lassen.“

Bereits im öffentlichen Raum gab es Richtlinien für bestehende Bereiche zur Messung menschlicher Gesichtsmerkmale. Die Ausgangsform der Maske ist groß genug für fast jedes Gesicht, bevor sie transformiert und individuell angepasst wird. Von dort aus gab Tessmer die Maße des Gesichts einer Person ein und die Strickmasken wurden mit einem Roboterarm aktiviert, der mit einer Heißluftpistole ausgestattet war, die Wärme in bestimmten Mustern aufbringt, um sie genau an die Gesichtsmaße anzupassen.

Covid-bedingter Bedarf an Masken

Da der Einzelhandel zu Beginn der Pandemie geschlossen wurde, verlagerte sich das Versorgungsministerium von der Herstellung von Kleidung auf die Herstellung von Gesichtsmasken.

„Die Stärke der Arbeit von Lavender und Skylar besteht darin, dass sie additive Fertigungstechniken nutzt, die sehr schnell für die Produktion hochgefahren werden können“, sagt Gihan Amarasiriwardena '11, Mitbegründer des Versorgungsministeriums und Präsident des Unternehmens. „Durch die Zusammenarbeit mit dem Self-Assembly Lab konnten wir in fünf Tagen eine Maske entwerfen, testen und entwickeln und in zwei Wochen 4.000 Masken für Mitarbeiter im Gesundheitswesen herstellen lassen, da wir computergestütztes 3D-Stricken verwenden konnten. Ich denke, das wird der Fall sein.“ ein entscheidender Vorteil sein, wenn es darum geht, vorhandene Materialien in Zukunft sehr schnell auf Masken umzustellen.“

„Das Ziel bestand darin, eine Maske so zu verändern, dass sie perfekt zu jedem Gesicht passt, was bei Masken und anderen Kleidungsstücken eine große Herausforderung darstellt“, sagt Tibbits. „Niemand hat wirklich herausgefunden, wie das geht, außer einen Schneider zu engagieren oder viele Standardgrößen zu haben, die nicht perfekt passen.“

Es ist wichtig anzumerken, dass sich die Arbeit von Tessmer und Tibbits auf die Passform einer Maske konzentrierte und nicht auf die Eigenschaften, die das Material einer Maske zum Herausfiltern von Partikeln in der Luft benötigt – obwohl ein Standardfilter eingebaut werden könnte, um die Wirksamkeit zu verbessern. Die Masken sind außerdem wiederverwendbar und waschbar.

„Unser Ziel waren bessere Fasern und ein kontrollierbarer, wiederholbarer Prozess zur Herstellung einer maßgeschneiderten Maske“, sagt Tessmer. „Wir haben Masken für neun verschiedene Personen erstellt, um zu demonstrieren, wie effektiv der Prozess ist.“

Im vergangenen Herbst lieferte ein von ihnen gemeinsam verfasster Artikel mit dem Titel „Personalisierte Strickmasken: Programmierbare Formänderung für individuelle Passform“ Anweisungen zum Erstellen „wirklich anpassbarer Masken“, die den einzigartigen Gesichtszügen jedes Einzelnen entsprechen. Die Association for Computer Aided Design in Architecture (ACADIA) zeichnete Tessmer und Tibbits für diese bahnbrechende Arbeit mit dem Best Paper Award aus.

„Die Auszeichnung hebt die Arbeit als vorbildlich hervor und präsentiert innovative Forschung mit wesentlichem Beitrag zum beschriebenen Gebiet“, stellten die Juroren in ihren Bemerkungen fest. „Das Papier demonstriert nicht nur strenge Forschungsmethoden und disziplinäres Fachwissen, sondern ist auch gut geschrieben und bringt der ACADIA-Community und darüber hinaus neue Erkenntnisse.“

Die Entwicklung der SARS-CoV-2-Varianten deutet darauf hin, dass der Bedarf an hochwertigen Masken bestehen bleibt und die US-amerikanischen Zentren für die Kontrolle von Krankheiten ihre Verwendung weiterhin unterstützen. Amarasiriwardena geht davon aus, dass das Verbraucherinteresse und der Bedarf an Masken weiterhin bestehen wird, wenn auch nur saisonal, wenn sich die Menschen häufiger in Innenräumen aufhalten. Er sagt, dass die Passform und der Komfort einer Maske nach der Wirksamkeit des Filtermediums die zweite Frage seien, die Kunden stellen.

„Die Gesamtwirksamkeit hängt von der Passform ab, die durch personalisierte Herstellung freigesetzt wird“, sagt Amarasiriwardena. „Das Self-Assembly Lab hat die Grenzen der additiven Fertigung wirklich erweitert, und ihre jüngsten Arbeiten im Textilbereich vereinen ihr Fachwissen im „Hacken“ von CAD-CAM-Abläufen, um wirklich neuartige weiche Güter zu schaffen. Während ein Großteil der Aufmerksamkeit auf 3D- Beim Drucken harter Güter zeigen ihre Innovationen im Textilbereich eine breite Anwendung der Selbstmontagetechnologie.

Laut Tessmer waren die Masken eine großartige Fallstudie, da sie in den letzten Jahren ein begehrtes Accessoire waren und es spürbare Probleme mit der Passform der Masken gab. Sie möchte das Verfahren auch auf andere Arten von Kleidungsstücken und Accessoires anwenden, etwa auf Pullover und Schuhe.

„Am Ende eines jeden Projekts gibt es immer Dinge, die verbessert werden müssen“, sagt Tessmer. „Zum Beispiel gibt es für die Zukunft viele Stoffentwicklungen. Aber ich bin mit dem Projekt zufrieden, weil es ein funktionierender Proof-of-Concept für meine Idee ist und ich zuversichtlich bin, dass es funktioniert.“

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