Sensorshirt. Afstudeerscriptie. Enschede, Stéphanie Wiering

Sensorshirt Afstudeerscriptie

Enschede, 20-08-2012 Stéphanie Wiering

Sensorshirt Afstudeerscriptie

Enschede, 20-08-2012 Auteur: Stéphanie Wiering Plaats en jaar: Enschede 2012 Naam instelling: Saxion Hogescholen Naam begeleider: Dr. Ir. W.B. Teeuw Functie begeleider: Lector Ambient Intelligence

Sensorshirt

Pagina 2 van 93

Samenvatting Voor de werknemers in de bouw, industrie, safety/security (brandweer en politie) en voor sporters is het van belang dat zij goed in de gaten worden gehouden om arbeidsongevallen te kunnen voorkomen. Tot op heden bestaat er geen product dat de werknemer via sensoren in de gaten houdt en alarmeert wanneer de grens van de fysieke belasting is bereikt. Om deze reden zal er een nieuw product op de markt moeten komen dat de bescherming en veiligheid van de werknemer voor een groot deel kan waarborgen. Na vergaderingen bij de Universiteit Twente, deskresearch (zoals internet en vakliteratuur) en interviews is besloten om een sensorshirt te ontwikkelen voor de brandweer en voor sporters. Er is voor deze sectoren gekozen, omdat het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente de faciliteiten heeft om een sensorshirt te ontwikkelen. Deze faciliteiten houden in dat de commercieel verkrijgbare sensoren, actuatoren, batterijen en geleidende garens makkelijk in te kopen zijn. Daarnaast is er van de vakkundige kennis van de deskundigen, van het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente, gebruik gemaakt en daardoor is de ontwikkeling van het sensorshirt in een snel proces voltooid. Om tot een volledig sensorshirt te komen is vakkundige informatie nodig. Deze vakkundige informatie, om tot de ontwikkeling te komen van een sensorshirt, is ingewonnen bij experts in de sectoren brandweer en sport. Er zijn interviews gehouden met werknemers van de Brandweer Twente en het Trainingscentrum FC Twente met betrekking tot de gevaren en risico’s in deze sectoren. Ook is er besproken welke wensen de werknemers in de sectoren brandweer en sport hebben wat betreft sensoren. In deze interviews is naar voren gekomen dat er drie speerpunten van belang zijn om te meten met het sensorshirt. De drie speerpunten zijn: •

Oververhitting

•

Oververmoeidheid

•

Uitdroging

Er is gebruik gemaakt van deskresearch en vergaderingen met deskundigen van de Universiteit Twente, Roessingh Research Development en van het Kenniscentrum, Design en Technologie wat betreft de keuze van de sensoren. De vergaderingen gingen over de sensoren die in het shirt (kunnen) worden geïmplementeerd. In eerst instantie is er een lijst met commercieel verkrijgbare sensoren gemaakt. Na de vergaderingen, interviews en deskresearch is er een selectie van de sensoren gemaakt die in het shirt worden geïmplementeerd. Het shirt bestaat uit de volgende sensoren: •

Accelerometer

•

Geluidsmicrofoon

•

Gyroscoop

Sensorshirt

Pagina 3 van 93

•

GPS

•

Stretchband

•

Temperatuursensor (huid)

•

Temperatuursensor (lichaam)

Met deze sensoren worden alledrie de speerpunten afgeleid uit de metingen. De meting wordt gedaan door de sensoren die onder andere de hartslag, ademhaling, de temperatuur van de huid en de lichaamstemperatuur meten. Wanneer de drager voor het eerst het shirt aanheeft, worden de basiswaarden gemeten. Dus bijvoorbeeld ‘wat is de normale hartslag?’ en ‘wat voor een temperatuur heeft de drager voordat hij of zijn begint aan de werkzaamheden of met het sporten?’. Door de programmering (software) in het shirt, kan er gealarmeert worden om de drager van het sensorshirt te waarschuwen wanneer de sensoren een te lage of een te hoge waarde meten. Actuatoren zorgen ervoor dat de drager van het sensorshirt wordt gealarmeerd wanneer de gemeten waarde te laag of te hoog is. Trilling is in het geval van dit sensorshirt de beste oplossing, omdat trilling meteen opgemerkt wordt en tegelijkertijd de werkzaamheden of training niet in de weg zal zitten. Er worden daarom twee piëzo actuatoren bij de borstkas geplaatst, omdat daar het borstbeen zit en de trilling beter te voelen is. Als communicatiemiddel worden de radio en bluetooth geïmplementeerd. Om het sensorshirt in werking te zetten zijn er twee Li-ion Batterijen nodig van 900mAH (capaciteit batterij) met een voltage van 3~4v voltage (elektrische spanning). Tussen de sensoren, actuatoren en batterijen zitten geleidende garens. Deze speciale garens zorgen voor de geleiding van de elektriciteit van de batterijen naar de sensoren en actuatoren. Voordat deze garens zijn vastgesteld, zijn er basismetingen gedaan met een voltagemeter. Het type geleidende garen, dat als beste uit de test kwam is Bekinox VN 12/2. Dit garensoort is een staaldraad en is getwijnd. Er zitten roestvrije staalvezels in verwerkt die de elektriciteit geleiden naar de sensoren, actuatoren en batterijen. Het draad past door de spoel van de naaimachine en het is niet makkelijk te rafelen. De sensoren (behalve de beide temperatuursensoren) worden op een printplaatje bevestigd. Dit printplaatje wordt aan drukknopen vastgemaakt door te solderen. De andere kant van de drukknopen worden bevestigd aan het shirt door ze te stikken met geleidend garen. Het shirt zelf is gemaakt van 100% polyester. Er zit Coolmax® in verwerkt, zodat het shirt koel aanvoelt in warme omstandigheden en andersom. Het shirt zit strak om het lichaam. Er is gekozen voor polyester, omdat in de sportwereld deze grondstof veel wordt gedragen. Het shirt zal ook direct op de huid worden gedragen en moet daardoor veel dezelfde eigenschappen hebben als de sportkleding. De transpiratie wordt naar de buitenkant geleid (door Coolmax®) en daarna over het shirt verspreid. Daardoor verdampt de transpiratie sneller.

Sensorshirt

Pagina 4 van 93

De uiteindelijke probleemstelling voor deze scriptie is als volgt: ‘Hoe kan een shirt met sensoren bijdragen aan de veiligheid (en gezondheid) van werknemers in de specifieke beroepsvelden?’. Na de uitgevoerde onderzoeken wat betreft de doelgroepen, sensoren, actuatoren, batterijen en het design van het shirt, is er een nieuw sensorshirt ontwikkeld. Dit sensorshirt is ontwikkeld op basis van wensen en eisen van het beroepsveld brandweer en van de sporters. De volgende stap voor vervolgonderzoek voor het sensorshirt is onder andere het sensorshirt analyseren op of het werkt en of het prettig zit tijdens werkactiviteiten. Daarnaast moet er worden gekeken naar of het sensorshirt voldoet aan de wensen en eisen van de brandweer en de sporter (Programma van Eisen). Uit onderzoeken is gebleken dat een pH sensor en een ECG sensor een toegevoegde waarde hebben voor het sensorshirt. De pH sensor meet namelijk het zweet van een persoon. Door het zweet te meten kan de uitdroging en vermoeidheid van de drager daarvan afgeleid worden. Tot op heden bestaat er geen sensor die compact is. De pH sensor is daarom een aanbeveling voor een toekomstige aanpassing van het sensorshirt. De ECG sensor houdt het hart in de gaten en zal het hart monitoren. Omdat er geen compacte ECG sensor op de huidige markt bestaat zonder elektroden, is er voor gekozen om deze niet toe te voegen in het shirt. Ook de sensordata moet worden geanalyseerd. Er moet worden gekeken naar de indicatoren en

de

speerpunten.

Worden

daadwerkelijk

de

drie

speerpunten

(oververhitting,

oververmoeidheid en uitdroging) afgeleid uit de metingen?

Sensorshirt

Pagina 5 van 93

Inhoudsopgave Samenvatting

3

Inhoudsopgave

6

Voorwoord

9

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Inleiding

10

1.1

Aanleiding

10

1.2

Inleiding

10

1.3

Probleemstelling

10

1.4

Doelstelling

11

1.5

Afbakening

11

1.6

Methoden van onderzoek

11

Onderzoek sectoren

13

2.1

Doelgroep

13

2.2

Case per sector

13

2.3

Conclusie

16

Selectie doelgroepen

17

3.1

Brandweer

17

3.2

Sporters

19

3.3

Conclusie

20

Inventarisatie van bestaande werkkleding

22

4.1

Eisen aan werkkleding per werksector

22

4.2

Voorbeelden van eigenschappen van werkkleding per werksector

23

4.3

Voorbeelden grondstoffen van werkkleding per werksector

24

Inventarisatie van bestaande (textiel)sensoren

26

5.1

Typen sensoren in combinatie met kleding

26

5.2

Toepassingen

27

5.3

Recent wetenschappelijk onderzoek

27

5.4

Huidig sensorshirt

28

5.5

Conclusie

28

Textiele eigenschappen shirt

30

6.1

Programma van Eisen

30

6.2

Mogelijke grondstoffen

33

6.3

Gekozen grondstoffen

34

6.4

Geleidende garens

35

6.5

Wasvoorschriften

38

6.6

Conclusie

38

Sensorshirt

Pagina 6 van 93

7.

8.

9.

Keuze sensoren

39

7.1

Speerpunten

39

7.2

Indicatoren

41

7.3

Sensoren in het algemeen

42

7.3.1

Overzicht fysiologische sensoren

43

7.3.2

Overzicht omgevingssensoren

46

7.4

Uiteindelijke selectie sensoren shirt

47

7.5

Onderbouwing geselecteerde sensoren

48

7.6

Onderbouwing afgevallen sensoren

51

7.7

Communicatie

52

7.8

Actuator

53

7.9

Lineaire actuator

54

7.10

Energietoevoer

54

7.11

Conclusie

55

Design sensorshirt

57

8.1

Maten van het shirt

57

8.2

Lijst met benodigdheden

58

8.3

Bevestiging

59

8.4

Ontwerp sensorshirt

61

8.5

Conclusie

64

Conclusies en aanbevelingen

66

9.1

Conclusies

66

9.2

Aanbevelingen

67

Bronnenlijst

70

Bronnen

70

Figuren

74

Tabellen

74

Bijlage 1 Benoeming extern deskundigen Bijlage 2 Benoeming brainstorms en vergaderingen Bijlage 3 Nadere verklaring van de normen Bijlage 4 Interview dhr. J. Jansen, werkzaam bij de Brandweer Twente

76 76 78 78 80 80 82 82

Interview dhr. J. Borghuis en dhr. G. Wermink, werkzaam bij het Traingscentrum FC Twente 83 Bijlage 5 Sensorshirt

85 Pagina 7 van 93

Kleding met sensoren voor commerciële doeleinden

85

Kleding met sensoren voor doeleinden in de hulpdiensten en defensie

88

Recent wetenschappelijk onderzoek

91

Sensorshirt

Pagina 8 van 93

Voorwoord Dit afstudeerproject is de laatste opdracht die ik voor Hogeschool Saxion te Enschede zal uitvoeren. Vier jaar geleden begon ik met de opleiding Technische Commerciële Textielmanagement. Gedurende deze jaren heb ik veel gezien, gedaan en geleerd. Met trots kan ik zeggen dat dit afsluitende onderdeel in mijn ogen een mooie scriptie is geworden met de gewenste resultaten die ik voor ogen had; een volledig nieuw ontworpen shirt met veel technisch aspecten. Het schrijven van deze scriptie heeft me veel geleerd over mijzelf en over mijn capaciteiten. Ik heb gekozen voor deze opdracht, omdat in het derde jaar van mijn opleiding een soortgelijke opdracht aan bod kwam, die ook met sensoren te maken had. Deze opdracht was leuk en leerzaam, waardoor de keus makkelijk werd om voor het project ‘Veiligheid op de werkvloer’ te kiezen als afstudeeropdracht. De opdracht luidt: ontwikkel een shirt ter lichaamsbewaking voor de drager, die de fysiologische metingen op zich neemt. Terugkijkend op deze laatste periode heb ik geen spijt gehad voor de keus van deze opdracht en ben ik tevreden met het resultaat. Tijdens mijn scriptie ben ik begeleid door dr. ir. W.B. Teeuw en dr. Ir. H. Gooijer. Daarnaast heb ik ook veel kennis opgedaan bij ir. G. Brinks en ing. E. Bottenberg. Graag wil ik deze personen bedanken voor hun steun, hulp en informatie. Ten slotte wil ik alle mensen bedanken die samen met mij de afstudeertijd hebben doorgebracht. Deze personen zaten net als ik aan de afstudeertafel op het Kenniscentrum Design en Technologie. Door hen heb ik een ontzettend gezellige en leerzame tijd gehad. Enschede, 20-08-2012, Stéphanie Wiering

Sensorshirt

Pagina 9 van 93

1. Inleiding In dit hoofdstuk zullen verschillende onderwerpen aan bod komen. Het begint bij de aanleiding om het project ‘veiligheid op de werkvloer’ te verrichten. Daarnaast zullen de probleem- en doelstelling worden beschreven. Als afsluiting van dit hoofdstuk wordt de afbakening van het project en de methoden van onderzoek gedefinieërd. Het uiteindelijke doel van deze scriptie is het maken van een shirt om fysiologische factoren te meten voor ‘Veiligheid op de Werkvloer’.

1.1 Aanleiding Het Kenniscentrum Design en Technologie werkt aan verschillende projecten die te maken hebben met de nieuwste technieken en designs. Het lectoraat Ambient Intelligence werkt aan de nieuwste technieken voor het project Veiligheid op de Werkvloer. Ambient Intelligence houdt zich ook bezig met het ontwikkelen van verbeteringen ter behoeve van de werknemers. De (werk)sectoren die behandeld worden in dit project zijn bouw, industrie, safety/security (brandweer en politie) en topsporters.

1.2 Inleiding Veiligheid op de werkvloer is een onderwerp dat steeds meer aandacht krijgt als onderwerp in alle werksectoren. Bij bedrijfsongevallen kan het namelijk voorkomen dat er uitval van werknemers ontstaat. Toch zijn er genoeg opties om de veiligheid van de werknemer te waarborgen. In deze scriptie zal een nieuw product (shirt) worden gepresenteerd dat optimaal draagcomfort zal bieden en tegelijkertijd de lichaamsbewaking op zich neemt door middel van sensoren. De veiligheid van de werknemer wordt hierdoor neemt toe.

1.3 Probleemstelling Voor de werknemers in de bouw, industrie, safety/security (brandweer en politie) en voor sporters is het van belang dat de zij goed in de gaten worden gehouden. Er gebeuren nog altijd veel arbeidsongevallen. Tot op heden bestaat er geen product die de werknemer via sensoren in de gaten houdt en alarmeert wanneer de grens van de fysieke belasting is bereikt. Om deze genoemde reden zal er een nieuw product op de markt moeten komen dat de bescherming en veiligheid van de werknemer voor een groot deel kan garanderen. Het nieuwe product is een shirt met geïntegreerde sensoren om de lichaamsbewaking op zich te nemen. De probleemstelling is nu uiteindelijk: ‘Hoe kan een shirt met sensoren bijdragen aan de veiligheid (en gezondheid) van werknemers in de specifieke beroepsvelden?’

Sensorshirt

Pagina 10 van 93

1.4 Doelstelling Met de resultaten die in het vooronderzoek worden verzameld, wordt er een nieuw shirt ontworpen met optimaal draagcomfort voor werknemers van de besproken beroepen in de bouw, industrie, safety/security en voor de sector sport. Dit nieuwe textielontwerp zal een bijdrage leveren aan de veiligheid van de werknemer en sporter tijdens het uitvoeren van werkzaamheden en trainingen. Het shirt bevat geïntegreerde sensoren die lichaamsfactoren meten, zoals hartslag, ademhaling en temperatuur. Het sensorshirt moet een werknemer controleren, door middel van de lichaamsbewaking en daardoor bijdragen aan de veiligheid.

1.5 Afbakening Dit onderzoek richt zich op de werksectoren bouw, industrie, safety/security. Ook worden sporters meegenomen, om pragmatische redenen. Sporters willen graag alles willen meten van een van het lichaam. Op deze manier kan precies worden gezien of zij fit zijn of dat zij een andere training moeten aannemen.

1.6 Methoden van onderzoek Er is in dit onderzoek gebruikt gemaakt van verschillende methodes en theorieën. Er is gebruik gemaakt van internet. Daarnaast is er gebruik gemaakt van vakliteratuur om te onderzoeken welke eisen worden gesteld in de genoemde sectoren en welke materialen en technologiën er beschikbaar zijn. Ook is er belangrijke informatie van deskundigen van dit project (Veiligheid op de Werkvloer) gebruikt.

Figuur 1: Methoden van onderzoek.

Er zijn ook werkbezoeken afgelegd (brandweer Twente en Trainingscentrum FC Twente), om er achter te komen wat de gevaren en risico’s zijn in bepaalde werksectoren. Deze informatie is meegenomen en gebruikt als input tijdens discussies met experts. In samenwerking met de Universiteit Twente zijn de sensoren en hun posities bepaald. Bij deze vergaderingen waren dr. ir. N. Meratnia, ir. K. Zhang en prof. dr. P.J.M. Havinga van de Universiteit Twente aanwezig. Voor aanvullende informatie zijn vergaderingen gehouden met het Roessingh Research and Development (RRD). Deze vergaderingen werden gehouden met ir. C. Baten en

Sensorshirt

Pagina 11 van 93

dr. J. Reenalda. Bij al deze vergaderingen waren ook ing. E. Bottenberg, drs. ir. H. van Leeuwen en dr. ir. W.B. Teeuw van het Kenniscentrum Design en Technologie aanwezig. In de laatste fase van dit project wordt er een prototype gemaakt. Dit is in samenwerking met de Universiteit Twente en het Kenniscentrum Design en technologie.

Sensorshirt

Pagina 12 van 93

2. Onderzoek sectoren In dit hoofdstuk worden de doelgroepen bepaald voor wie uiteindelijk het shirt wordt ontwikkeld. Er wordt gekeken naar de gevaren en risico’s per sector. Zo kan worden geïnventariseerd wat van belang is om te meten met de sensoren in welke sector. Ook wordt er gekeken naar de wensen en eisen aan een sensorshirt (zoals comfort). Met de verzamelde informatie wordt uiteindelijk een selectie worden gemaakt door twee sectoren te kiezen. De reden van deze selectie, is dat er per sector andere eisen aan sensorkleding worden gesteld. Doordat er zoveel eisen zijn, is het onmogelijk één shirt voor alle doelgroepen te ontwikkelen. De case in dit hoofdstuk bevat algemene informatie over welke fysiologische en externe omstandigheden die per beroep invloed kunnen hebben op werkzaamheden.

2.1 Doelgroep Voordat deze scriptie werd geschreven zijn er doelgroepen gekozen door deskundigen van het Kenniscentrum Design en Technologie. Mede door de input van het lectoraat Ambient Intelligence, projectpartners van Veiliheid op de Werkvloer en door verschillende interviews, informatiebronnen en onderzoeken, is geconcludeerd dat de te benoemen doelgroepen gevaren en risico’s beleven. De doelgroep is op te delen in vier doelgroepen/werksectoren: •

Safety/security (brandweer/politie)

•

Industrie

•

Bouw

•

Sport

De benoemde doelgroepen komen in aanraking met gevaarlijk situaties, zoals het blussen van branden, grootschalige arrestaties, zware activiteiten tijdens het bouwen etcetera. Per doelgroep is het belangrijk om te weten wat de gevaren en risico’s zijn tijdens het uitvoeren van de werkzaamheden en activiteiten. Of in het geval van de sporters; wat zij voor gevaren en risico’s tegenkomen tijdens bijvoorbeeld trainingen. In onderstaande cases, worden deze gevaren en risico’s uitgelegd per sector.

2.2 Case per sector In deze paragraaf zullen de algemene gevaren en risico’s uiteengezet worden. Daarna zullen deze uitkomsten worden geanalyseerd, waardoor een conclusie kan worden getrokken in hoeverre de gevaren en risico’s ervaren worden. De informatie in dit hoofdstuk wordt meegenomen in hoofdstuk 3 en 4, waar de normen en regels voor de kleding staan beschreven.

Sensorshirt

Pagina 13 van 93

Brandweer Gevaren voor de brandweer zijn onder andere branden, stoomvorming, donkere ruimtes en gevaarlijke stoffen. In tabel 1 wordt dit verduidelijkt met de gevaren en risico’s. (1, 2012) Het tabel is gebaseerd op het interview dat is gehouden met dhr. M. Bus, werkzaam bij de brandweer Twente (zie bijlage 1 en 2).

Brand

•Rookgas explosies •Hittestuwing •Oververhitting •Apparatuurbezwijking

Stoomvorming

•Brandwonden •Vermindering zicht •Vrijkoming verschillende rookgassen

Donkere ruimte

•Instorting woning •Incidenten

Gevaarlijke stoffen

•Verstikking door inhaleren rookgassen

Tabel 1: Gevaren en risico’s brandweer.

De brandweer is in alle gevallen beschermd tegen de genoemde gevaren en risico’s. Het brandweerpak dat de brandweerlieden aan hebben, beschermt hen onder andere tegen (brand)wonden. Uit het interview met dhr. J. Jansen, werkzaam bij de brandweer Twente (zie bijlage 1,2 en 4), is gebleken dat de brandweerlieden snel oververhit raken. Dit komt door het dikke brandweerpak en de zware en intensieve activiteiten (zoals brand blussen). Door deze factoren kan onder het brandweerpak een temperatuur van 50°C worden bereikt. Door deze hitte raken zij snel uitgedroogd en dit kan weer leiden tot (over)vermoeidheid. Politie In de sector politie zijn er ook gevaren te bekennen. De gevolgen zullen hierdoor dan ook groot zijn. Er zit wel een groot verschil in de taken per persoon binnen deze sector. De arrestatieteams zullen het fysiek en mentaal zwaarder hebben dan surveillanten die de wijkzorg op zich nemen. De mentale weerbaarheid zal verminderen naarmate een politieagent zware werkdruk ondervindt. Dit betekent dat er, mede door vermoeidheid, stress overheerst.(2) Er is bekend over de politie dat zij vaak te maken krijgen met de beroepsziekte PTSS (Posttraumatische Stress Stoornis). Uit een onderzoek is gebleken dat 21,6% van de agenten last hebben van een depressie.(3) Het gevolg hiervan is dat de

Sensorshirt

Pagina 14 van 93

werknemers in de ziektewet terecht komen of met verlof moeten. Daardoor bestaat de kans dat zij het beroep niet verder kunnen uitoefenen voor een bepaalde tijd. Industrie De industriële sector is breed. In dit onderzoek komt de branche ‘High-temperature’ aan bod. Deze branche van de industrie werkt met extreem hoge temperaturen. De werknemers in de industrie hebben onder andere met extreme hitte, gevaarlijke stoffen of chemicaliën te maken tijdens het uitvoeren van het werk.(4) Bovendien zullen naast de fysieke gevaren en risico’s ook mentale gevaren en risico’s meespelen. Over het algemeen komt vermoeidheid vaak voor bij de industriële werknemers. Dit kan leiden tot stress.(5) Bouw Het werken in de bouw sector brengt risico’s met zich mee. Hieronder is een lijst met voorbeelden van risico’s en gevaarlijke stoffen weergegeven, waar werknemers in de bouw aan bloot komen te staan.(6) •

Asbest

•

Bitumen

•

Dieselmotoremissies

•

Elektriciteit

•

Epoxy’s

•

Glas- en steenwol

•

Houtstof

•

Kwartsstof

•

Lawaai

•

Lichamelijke belasting

•

(Schadelijke) stof/producten/oplosmiddelen/zuren en logen

•

Trillingen (hand-arm en lichaam)

•

Valgevaar

•

Werkdruk

•

Werken in besloten ruimten

Naast deze opsomming van gevaren bestaan er ook nog gevaren die mentaal gezien veel van een persoon kunnen vergen. Vermoeidheid en stress komen regelmatig voor bij werknemers in de bouwsector. Stress kan weer gevolgen hebben voor onder andere het hart. Hartkloppingen en kortademigheid kunnen bijvoorbeeld ook vaker voorkomen.(7)

Sensorshirt

Pagina 15 van 93

Sport De sportsector is in twee takken onder te verdelen: de amateursport en de topsport. Voorbeelden van topsport zijn sporters die deelnemen aan de Olympische Spelen en grote EK- en WKevenementen. In deze sector zijn veel soorten sporten te vinden, zoals balsporten, krachtsporten en wielersporten. Bij elke sport kunnen gevaren en risico’s voorkomen. Naast blessures zijn er nog een paar verschillende mentale factoren waar een sporter mee te maken kan krijgen gedurende het sporten. Een voorbeeld is uitdroging, waardoor hittestuwing kan ontstaan. Uitdroging kan vele gevolgen hebben, zoals het bloedvolume dat dikker wordt en temperatuurstijging. Ook kan de doorbloeding van spieren, nieren en maagdarm gebied afnemen. Door deze punten kunnen de nieren en de darmen beschadigd raken. Prestaties zullen bovendien afnemen.(8) Vermoeidheid komt ook voor tijdens (top)sport, door bijvoorbeeld verkeerde trainingen aan te nemen.(9)

2.3 Conclusie Voor de gevaren en risico’s die genoemd zijn in dit hoofdstuk is het van belang om de sensoren te gebruiken om bepaalde metingen te doen (zoals hartslag, ademhaling en temperatuur). Door deze metingen kunnen bepaalde fysiologische klachten worden herkend (zoals oververhitting). Uit het onderzoek uit dit hoofdstuk is gebleken dat oververhitting, uitdroging en oververmoeidheid de speerpunten zijn. Deze drie speerpunten komen bij elke doelgroep naar voren als klacht van werknemers. Het sensorshirt dat in deze scriptie is ontwikkeld, is ook geschikt om deze drie speerpunten uiteindelijk te herkennen. Deze drie speerpunten zullen dan ook in deze scriptie worden meegenomen voor de uiteindelijke doelgroepen.

Sensorshirt

Pagina 16 van 93

3. Selectie doelgroepen In hoofdstuk twee zijn er vijf doelgroepen behandeld. In dit hoofdstuk wordt er dieper ingegaan op twee doelgroepen. Voor deze doelgroepen wordt uiteindelijk het shirt ontworpen. Om pragmatische redenen is er gekozen voor de sectoren brandweer en sport. Het is namelijk nuttig voor de brandweer en de sporter om te weten wanneer zij bijvoorbeeld een te hoge hartslag hebben. Op deze manier kunnen beide doelgroepen in de gaten worden gehouden voor werkactiviteiten. Daarnaast hebben de brandweermannen en de sporters het meest aan het shirt. Ook hebben het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente de benodigde kennis en faciliteiten om het shirt te ontwikkelen (zoals sensoren, actuatoren, batterijen en geleidende garens). Tenslotte zijn de brandweermannen en de sporters bereid om comfort in te leveren om goede metingen te kunnen doen.

3.1 Brandweer Naar aanleiding van een interview (dat is afgelegd met dhr. J. Jansen en dhr. M. Bus (zie bijlage 1 en 2) en onderzoeken, is de conclusie getrokken dat de brandweerlieden in gevaarlijke omstandigheden werken (zoals branden en bij gevaar van instorting van gebouwen), waarbij het shirt daadwerkelijk van pas komt. Het kan namelijk voorkomen dat deze omstandigheden invloed kunnen hebben op bijvoorbeeld de hartslag. Dit blijkt uit het interview met dhr. J. Jansen (zie bijlage 4).

Aangegeven risico’s Bij de brandweer zijn er drie soorten gevaren die de nodige risico’s met zich meenemen. In tabel 2 is beschreven welke risico’s optreden bij welk gevaar. Het tabel is gebaseerd op het interview dat is afgelegd met dhr. J. Jansen en dhr. M. Bus (zie bijlage 4).

Tabel 2: Risico’s brandweer. Sensorshirt

Pagina 17 van 93

Het brandweerpak is zwaar en het wordt snel warm onder het pak. Wanneer een brandweerman het pak aanheeft, wordt er een gemiddelde temperatuur gemeten van 38°C onder het pak. Deze temperatuur kan snel stijgen wanneer er bijvoorbeeld een brand wordt geblust. Dan kan de temperatuur onder het pak toenemen tot wel 50°C. De hartslag zal snel verhogen wanneer de brandweer het alarm in de brandweerkazerne hoort en uitrukt. Ten eerste zal de hartslag, en dus ook de stresstoestand, toenemen. Door de verhoogde hartslag, zweet de brandweerman nog meer. Het zuurstofverbruik neemt dan ook toe. Door de hoge temperatuur, kan de brandweerman snel oververhit raken.(10) Oververhitting treed als volgt op. Tijdens de stofwisseling zet het lichaam voedsel om in brandstoffen en voedingsstoffen. Hierdoor ontstaat energie om het lichaam te laten functioneren. Behalve energie, wordt ook warmte afgegeven. Een deel van de warmte wordt gebruikt om de lichaamstemperatuur op peil te houden. Ook door lichaamsinspanning wordt warmte afgegeven. De overtollige warmte wordt afgegeven aan de omgeving. Transpiratie helpt de warmte af te voeren. Hierbij wordt zout uitgescheiden. Oververhitting is te verdelen in drie fasen; hittekramp, warmtestuwing en ten slotte hitteberoerte. Door genoeg te drinken en rust te nemen, heeft het lichaam de kans om zich te herstellen.(11) De brandweerman kan uitgedroogd raken. Dit komt door de oververhitting, daardoor wordt namelijk veel getranspireerd. Uit het interview met dhr. J. Jansen is gebleken dat de brandweermannen tijdens zware inspanning (bijvoorbeeld bij het blussen van branden) geen tijd hebben om hun vochtgehalte bij te houden. Er is soms geen tijd voor drinken en wordt er pas gedronken wanneer zij klaar zijn. Het is mogelijk om oververmoeid te raken bij veel en lange diensten met zware activiteiten. De kans op mentale negatieve effecten neemt toe. Voorbeelden zijn afname van alertheid, oplettendheid en waakzaamheid. Door deze klachten worden er meer fouten gemaakt, is er een afname in productiviteit en treden er meer ongevallen op. Ook kunnen brandweerlieden oververmoeid raken door oververhitting en door in aanraking te komen met onzichtbare, gevaarlijke gassen, zoals koolstofmonoxide.(12) Er wordt dan gebruik gemaakt van zuurtsofmaskers en zuurstofflessen die tijdens de uitrukking wordt bevestigd aan het pak. Eén zuurstoffles bevat 2100 liter zuurstof. Gemiddeld genomen kan een brandweerman hier een half uur mee lopen. Dit ligt geheel aan de toestand van de brandweerman (o.a. stress, zenuwen, tijd). Aan de zuurstoffles zit een controller die aangeeft hoeveel bar de fles bevat en hoeveel tijd aan zuurstof er in zit. Per 20 seconden worden deze gegevens vernieuwd en opnieuw aangegeven.(13, 2012) Aangegeven wensen shirt Tijdens het interview is naar voren gekomen dat de brandweerman vaak niet merkt wanneer hij/zij oververmoeid, uitgedroogd en/of oververhit raakt. Er is aangegeven door dhr. J. Sensorshirt

Pagina 18 van 93

Jansen, dat een melding van de besproken speerpunten (oververmoeidheid, oververhitting, uitdroging) gemist en gewenst wordt. GPS wordt overigens ook gewenst in het shirt, omdat de bevelvoerder graag te allen tijde wil weten waar alle brandweerlieden zich bevinden in een gebouw.

3.2 Sporters In het FBK stadion te Hengelo, is een interview afgelegd met dhr. G. Werkmink en dhr. J. Borghuis (zie bijlage 1 en 2). In dit stadion worden alle trainingen gegeven voor onder andere FC Twente. Aangegeven risico’s Uitdroging hebben de sporters (vooral tijdens de trainingen) niet in de gaten. Tijdens het sporten wordt het lichaam warm en gaan zij zweten om af te koelen. Hierdoor ontstaat vochttekort. Uit onderzoek is gebleken dat sporters dorst krijgen wanneer er 2% van het eigen lichaamsgewicht aan vocht is verloren. Hierna nemen de prestaties af.(14) Dhr. G. Wermink heeft aangegeven dat wanneer een persoon één liter aan vocht verliest, daalt het lichaamsvermogen met 10%. Voor een sporter is het daarom belangrijk om genoeg te drinken om het vochtgehalte op peil te houden. Vochthuishouding is niet alleen belangrijk voor het vochtgehalte, maar het voorkomt ook krampaanvallen. Dhr. G. Wermink heeft aangegeven dat er veel blessures voorkomen tijdens trainingen. Dit komt mede doordat elk persoon over een ander lichaam met unieke waarden (bijv. conditie, gewicht en lengte) beschikt. Door verkeerde trainingen te geven/krijgen, komt vermoeidheid vaker voor. Bepaalde sporters kunnen zich namelijk eerder “overtrainen” en daardoor met deze problemen te maken krijgen.(15, 2012) Overtraining kan betekenen dat men een verkeerde training krijgt. Naast oververmoeidheid zijn er fysieke verschijnselen te herkennen aan het lichaam, zoals verhoogde bloeddruk, gewichtsverlies, verstoord slaappatroon, verminderde eetlust en trage hartfrequentie.(16) Ook oververhitting kan voorkomen bij sporters. Net zoals bij de brandweerlieden treed oververhitting op door de aangemaakte energie tijdens het sporten, maar ook door lichaamsinspanning. Ook bij de sporters gelden de drie fasen van oververhitting; hittekramp, warmtestuwing en hitteberoerte. Hittekramp is in eerst instantie te voorkomen met genoeg vocht en rust. Wanneer men in de fase warmtestuwing komt, kan daarbij de tempteratuur ook stijgen. Omdat de sporter in deze fase veel vocht en zout verliest, kan de sporter sneller uitgedroogd raken door de hevige transpiratie. Wanneer men in de derde fase (hitteberoerte) verkeert, gaat het bewustzijn achteruit. Dit komt door uitdroging en hoge lichaamstemperatuur. Door uitdroging is het mogelijk dat er een shocksituatie

ontstaat.

Hitteberoerte

kan

zelfs

leiden

tot

een

stilstand

van

de

bloedsomloop.(17)

Sensorshirt

Pagina 19 van 93

Aangegeven wensen shirt Tijdens het interview met dhr. G. Wermink en dhr. J. Borghuis (zie bijlage 1 en 2) is naar voren gekomen dat de meting van de hartslag in samenwerking met GPS een grote meerwaarde zal hebben tijdens trainingen. Wanneer deze twee samen werken kunnen de volgende aspecten worden herkend: •

Afstanden

•

Versnellingen

•

Explosieve acties

•

Hartslag

Vermoeidheid zal hierdoor ook sneller worden herkend. Op dit moment wordt er gebruik gemaakt van een soort zelfde systeem genaamd ‘Emotio’ met dezelfde herkenning van de aspecten afstanden, versnellingen, explosieve acties en hartslag. Dit systeem houdt in dat er een samenwerking wordt getroffen met een sensorhesje (zie figuur 2) en camera’s rondom het voetbalveld. Dit systeem wordt alleen tijdens trainingen gebruikt. De sensoren die verwerkt

zitten

in

het

sensorhesje

meten

de

snelheden per persoon en kunnen daarnaast precies de positie bepalen per persoon op het veld. Voor meer informatie over dit systeem, zie bijlage 5. Om deze redenen wordt er een systeem gewenst dat dezelfde

aspecten

meet

(afstanden,

versnellingen,explosieve acties en hartslag), maar dan nu goedkoper en compacter. Dus alles in één shirt. Zo kan alles op één persoon worden ingesteld en is er

Figuur 2: Emotio.

geen probleem met de connectie bij één voetbalveld. Het shirt kan namelijk overal worden gebruikt zonden connectie te moeten maken met de bakens rondom het voetbalveld, die op dit moment met Emotio de metingen uitvoeren.

3.3 Conclusie De selectie van de brandweer en de sporters in deze scriptie is gemaakt om pragmatische redenen. Het is namelijk nuttig voor de brandweer en de sporter om te weten wanneer zij bijvoorbeeld een te hoge hartslag hebben. Op deze manier kunnen beide doelgroepen in de gaten worden gehouden voor werkactiviteiten. Daarnaast hebben de brandweermannen en de sporters het meest aan het shirt. Ook heeft het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente de benodigde faciliteiten om het shirt te ontwikkelen (zoals sensoren en geleidende garens). Er zijn verschillende interviews afgelegd, waarin naar voren komt dat deze twee doelgroepen het meeste baat hebben bij het shirt. Tenslotte zijn de

Sensorshirt

Pagina 20 van 93

brandweermannen en de sporters bereid om comfort in te leveren om goede metingen te kunnen doen. Er is vooral naar voren gekomen dat de de volgende speerpunten aan bod komen: •

Oververhitting

•

Oververmoeidheid

•

Uitdroging

Deze drie speerpunten komen zowel bij de brandweer voor als in de sportsector. Hieraan zitten ook de meeste risico’s verbonden. Ook om deze reden wordt er ook een sensorshirt ontwikkeld die deze speerpunten op zich neemt met de juiste sensoren. Er worden ook sensoren gewenst door deze twee doelgroepen. Voor de brandweer is het vooral GPS waar om is gevraagd. De bevelvoerder bij de brandweer wil graag weten waar het personeel zich bevindt tijdens gevaarlijke situaties in gebouwen. In de sportsector wensen zij graag een combinatie van hartslagmeting samen met GPS. Met deze informatie van beide sensoren is namelijk te meten of de drager van de sensoren nog in goede staat van conditie is. Wanneer de sensoren lokatie, hartslag en de ademhaling meten van een sporter, kan de conditie worden afgelezen. Er kan namelijk berekend worden hoelang men bijvoorbeeld doet over een rondje lopen om het voetbalveld.

Sensorshirt

Pagina 21 van 93

4. Inventarisatie van bestaande werkkleding Bij de ontwikkeling van een sensorhesje is het belangrijk rekening te houden met de normen en regels van de werksectoren bouw, industrie, safety/security en van de sporters. Dit is van belang, omdat er tegenwoordig veel factoren zijn die de veiligheid van de werknemer in gevaar kunnen brengen. Dit kunnen weersomstandigheden zijn, maar ook gevaar dat optreed tijdens het uitvoeren van werkzaamheden. Dat kan brand blussen zijn, maar ook een arrestatie. Deze factoren spelen allemaal een rol, die invloed kunnen hebben op de veiligheid van de werknemer. In dit hoofdstuk worden alle doelgroepen meegenomen, om een goede inventarisatie te kunnen maken voor de ontwikkeling van het sensorshirt.

4.1 Eisen aan werkkleding per werksector Per werksector zijn er bepaalde eisen gesteld. In tabel 3 staat per werksector beschreven aan welke (inter)nationale eisen en normen hun werkkleding moet voldoen. Deze normen zijn gerelateerd aan de werkzaamheden die de beroepen hebben. NEN-eisen, zijn eisen en normen voor het Nederlands Normalisatie Instituut. De ISO normen zijn de Internationele Normen voor de Kwaliteitsmanagementsystemen. En tenslotte zijn de EN normen de Europese Normen. Bij de kolom overige staat ook nog één overige norm. IEC staat voor International Electrotechnical Commission. NEN

ISO

EN

Brandweer

- NEN 367

- ISO 15025

- EN 367

(18)

- NEN 15025

- ISO 6530

- EN 15025

- NEN 469

- ISO 6942

- EN 469

- NEN 471

- ISO 13934-1

- EN 471

- NEN 1149-5

- ISO 14116

- EN 1149-5

- NEN 6530

- EN 6530

- NEN 6942

- EN 6942

- NEN 13934-1

- EN 13934-1

- NEN 14116

- EN 14116

- NEN 340

- EN 340

Politie (19)

Overige

Algemeen

- EN 343 - EN 471 - EN 531 - EN 1149

Bouw (20)

- ISO 20471

- EN 471 - EN 342 - EN 343

Industrie (21)

- ISO 11611

- EN 1149

ISO 11612

- EN 470

- IEC 61482

- EN 531 - EN 13034

Sensorshirt

Pagina 22 van 93

- Warmte isolerend - Warmte afvoerend - Transpiratie regelend - Bescherming bieden tegen wind en regen

Sport (22)

- Bewegings vrijheid bieden

Tabel 3: Eisen aan werkkleding per werksector.

4.2 Voorbeelden van eigenschappen van werkkleding per werksector De eigenschappen per kledingstuk verschillen van elkaar. Daarnaast is het van belang dat er een duidelijk beeld wordt geschetst wat betreft de eigenschappen per soort kleding behorend tot een beroep. Ter verduidelijking is er een tabel gecreëerd. Hier wordt getoond welke eigenschappen van belang zijn per werksector. In tabel 4 worden voorbeelden van eigenschappen getoond.

Voorbeelden van eigenschappen Brandweer(23)

Politie(24)

Bouw(25)

•

Hittebestendig, koubestendig

•

Bescherming tegen vloeibare chemicaliën

•

Vochtbestendig, waterafstotend

•

Isolerend

•

Sterk

•

Aansluitende pasvorm

•

Afscherming metalen onderdelen

•

Reflectie

•

Draagcomfort

•

Antistatisch

•

Bestendigheid stralingswarmte

•

Beperking van vlamverspreiding

•

Herkenbaar

•

Representatief

•

Bescherming (weer, vuil etc.)

•

Comfort

•

Goede thermo-fysiologische eigenschappen

•

Eenvoudig te reinigen

•

Bescherming bieden, zonder dat de middelen zelf of het gebruik ervan nieuwe, andere risico’s veroorzaken

•

Bruikbaar zijn binnen de bestaande omstandigheden op de werkplek

•

Goed hanteerbaar zijn voor de werknemer en passend (afgestemd op de drager)

Industrie(26)

Sensorshirt

•

Voorzien zijn van een CE-markering

•

Voorzien zijn van een duidelijke gebruiksaanwijzing

•

Voldoen aan de eisen uit het Warenwetbesluit

•

Antistatisch

•

Lasbestendig

Pagina 23 van 93

Sport(27)

•

Hitte exponerend

•

Bescherming bij vlamboog

•

Vlamvertragend, ook na veelvuldig en industrieël wassen

•

Hoge zichtbaarheid

•

Bescherming bij slecht weer en kou

•

Warmte isolerend

•

Warmte afvoerend

•

Transpiratie regelend

•

Bescherming bieden tegen wind en regen

•

Bewegingsvrijheid bieden

Tabel 4: Voorbeelden van eigenschappen.

4.3 Voorbeelden grondstoffen van werkkleding per werksector Om de grondstoffen van de werkkleding per werksector duidelijk te krijgen, is er een tabel gemaakt. Bij de werksector sport is er gekeken naar de bekende merken als Adidas en Nike voor nodige informatie wat er tegenwoordig op de markt verkrijgbaar is betreft sportkleding. Zie tabel 5 voor de voorbeelden van grondstoffen per werksector. Voorbeelden grondstoffen Bouw(28)

Industrie(29)

Brandweer(30)

Politie(31)

Sport(32)

•

Katoen

•

Polyester

•

Polyamide

•

Nylon

•

Polyetrafluorethyleen

•

Aramide

•

Polyester

•

Katoen

•

Polyamide

•

Viscose

•

Katoen

•

Aramide

•

Polyetrafluorethyleen

•

Polyester

•

Polyester

•

Katoen

•

Wol

T-shirt/singlet/hemd •

Polyester

•

Katoen

•

Viscose

•

Nylon

•

Polyamide

•

Polyester

•

Katoen

•

Nylon

Jack

Sensorshirt

Pagina 24 van 93

•

Rayon

Broek/tights •

Polyester

•

Katoen

•

Nylon

•

Viscose

•

Polyamide

Tabel 5: Voorbeelden van grondstoffen.

Sensorshirt

Pagina 25 van 93

5. Inventarisatie van bestaande (textiel)sensoren Tot op heden is er al veel algemeen onderzoek uitgevoerd naar de combinatie van sensoren en kleding. In dit onderdeel van het verslag zal er worden weergegeven welke kleding er bestaat met sensoren erin, die de lichaamsbewaking op zich nemen. Ook wordt er ook gekeken naar de recente wetenschappelijke onderzoeken naar textielsensoren. Dit vooronderzoek wordt gedaan om duidelijk te maken welke sensoren er al geïmpleteerd worden in kleding en wat er verder onderzocht moet worden voor een perfect sensorshirt als resultaat. Alle bronvermeldingen zijn te zien in bijlage 5 per onderwerp.

5.1 Typen sensoren in combinatie met kleding Op de huidige markt bestaan veel verschillende soorten sensoren in alle soorten en maten. Er zijn bijvoorbeeld hartslagmeters te koop die ook geïmplementeerd zijn in kleding. Een voorbeeld hiervan is de Tennis Performance Bra (zie bijlage 5). In dit kledingstuk zit een hartslagmeter verwerkt die de meting van het hart uitvoert. De informatie die hier uit voort komt, wordt verstuurd naar een kastje (als ontvanger) die de drager bij zich draagt. Een ander voorbeeld is dat er bij een shirt een ECG is toegepast. Deze draadloze sensor meet de werking van de hartspier. Niet alleen het hart hoeft en kan gemeten worden. Er bestaan ook systemen op de markt die de armbewegingen bijhouden en monitoren. Met deze sensoren kan precies worden gemeten welke handelingen er per werknemer worden gemaakt, zoals vastpakken, neerzetten, etcetera. Zie uitgebreide uitleg in bijlage 5. In de laatste jaren is de techniek hard ontwikkeld betreft smartphones en dataverwerking. Er is namelijk de mogelijkheid om de informatie te zenden naar smartphones. De Zeo werkt met een techniek die ook informatie van metingen verzendt naar een smartphone. De Zeo is een hoofdband die men tijdens de nachtrust om het hoofd doet. Deze hoofdband meet de slaapfasen gedurende de nacht en stuurt de informatie door naar de iPhone. Meer informatie over de Zeo is te vinden in bijlage 5. In de sportsector (voetbal) bestaat er een speciaal ontwerp dat Motio heet. Dit ontwerp betreft een hesje die de hartslag meet. Bovendien zit er een zendertje in het hesje geïmplementeerd die communiceert met een aantal elektronische bakens rondom het voetbalveld. Op deze manier is voortdurend de positie van de speler te zien. Door de samenwerking van deze twee systemen in het hesje, kan de conditie van de speler in de gaten worden gehouden. Dat komt omdat de hartslag wordt bijgehouden en de positie van de speler. Er kan bijvoorbeeld worden geconstateerd dat wanneer de hartslag hoog is en de speler weinig heeft bewogen tijdens het spel en/of de trainingen, dat de speler weinig conditie heeft (zie bijlage 5). Er bestaan ook shirts met geïntegreerde sensoren. De EKGear NanoSonic™ is een sensorshirt die automatisch de hartslag en de ECG (hartfilmpje) van het lichaam meet. Dit shirt werkt ook met een externe opslagunit waarop de informatie van het hart te zien is (zie bijlage 5). Sensorshirt

Pagina 26 van 93

5.2 Toepassingen In de textielwereld wordt nog steeds onderzoek gedaan naar verbeteringen van technische toevoegingen in kleding. Dit kunnen sensoren zijn die verwerkt zijn in kleding. Deze zorgen bijvoorbeeld voor de monitoring van de gezondheid van de mens. Een voorbeeld van een dergelijke techniek is Biotex. Deze techniek die geïntegreerd is in shirts meet de temperatuur, ECG , EMG (conditie van de spieren en zenuwen) en het ademritme via sensoren. Het shirt zal samen met de sensoren een verbinding maken met een signaalprocessor. Meer informatie is te vinden in bijlage 5. Een ander voorbeeld is Sensatex. Dit bedrijf heeft een SmartShirt System ontwikkeld. Dit systeem maakt het mogelijk om op afstand de drager van het shirt te bewaken op gebied van beweging, hartslag en ademhaling. De verwerkte geleidende garens in het katoenen shirt kunnen gewassen worden. De sensoren die in het shirt zitten verwerkt, samen met de geleidende garens maken een verbinding met een kleine controller. Die controller zendt de informatie door aan een computer die de metingen laat zien. Het shirt maakt daarbij gebruik van ZigBee™ technologie. Deze technologie maakt het mogelijk om alle gegevens door te sturen naar vrijwel elk eindsysteem die eraan wordt gekoppeld. Zie bijlage 5 voor meer informatie over Sensatex. In andere gevallen wordt de focus gelegd op het technisch textiel met als basis, de micro en nano technologieën. Dit systeem is ontwikkeld met de naam Proetex en heeft als doel het verbeteren van de veiligheid, coördinatie en efficiëntie van de drager (brandweer). De ontwikkelde en draagbare kleding (bestaande uit textiel en glasvezel) bestaat uit een shirt, jas en laarzen. De sensoren die zijn geimplementeerd in de kleding, verzamelen informatie over de gezondheidstoestand van de drager. Naast sensoren zal er in de jas een dataverwerking, een communicatiemiddel en batterijen verwerkt worden. In bijlage 5 staat beschreven welke sensoren in welk kledingstuk zitten verwerkt.

5.3 Recent wetenschappelijk onderzoek Tot op heden zijn er wetenschappelijke onderzoeken gaande wat betreft kleding met (textiel)sensoren. Tegenwoordig wordt er gekeken naar wat er nog meer mogelijk is met betrekking tot kleding. Er is bijvoorbeeld recent een onderzoek afgerond naar 3D-sensoren. Deze 3D-sensoren kunnen objecten en zones in één oogopslag zien. De sensoren zitten op kledingstukken bevestigd. Deze sensoren maken contact met camera’s rondom de ruimte. Op deze manier kunnen de bewegingen en prestaties van sporters geanalyseren. Ook is er een recent onderzoek naar een shirt afgerond. Dit shirt wordt Smash genoemd. Deze nieuwe ontwikkeling betreft een shirt met lange mouwen. Het systeem dat er in verwerkt zit houdt de bewegingen en de houding van de drager in de gaten. De werkwijze die wordt gehanteerd in dit shirt (meting van de beweging) wordt gecombineerd met dunne-film schakelingen

Sensorshirt

Pagina 27 van 93

(elektrisch materiaal op glas of keramisch materiaal) en (micro)chips met kunstvezels die worden geweven in het textiel (zie bijlage 5 voor meer informatie). Ook geleidende garens wordens steeds beter in de jaren. In een recent onderzoek zijn er touchsensoren ontwikkeld die worden verweven in nylondraden. De ingebouwde sensoren zijn een micrometer dik en zijn verweven in nylondraden die eveneens een dikte hebben van een micrometer. Deze nylondraden kunnen in kleding worden gebruikt, maar ook in bijvoorbeeld bedlakens in ziekenhuizen. Zo kan er namelijk worden geregisteerd wanneer er een patiënt uit bed valt. Voor het fabriceren van de touchdraden is er een stuk nylondraad met een organisch geleidend stuk materiaal geproduceerd met daaromheen een laag nietgeleidend materiaal. De sensoren kunnen op deze manier aanraking registreren, waarbij de informatie door een bepaalde input naar een computer wordt gestuurd. Een ander voorbeeld in recente onderzoeken naar sensoren in combinatie met kleding, is sensorkleding voor in de bouw. Eind 2012 wordt er kleding voor de bouwsector op de markt gebracht, welke gevaarlijke gassen en oplopende temperaturen kunnen herkennen. Overige sensoren die zijn verwerkt in de kleding zullen de houding in de gaten houden. Ook zullen deze sensoren de hartslag en de ademhaling meten. Het systeem zal alarmeren wanneer de ingestelde maximum wordt overschreden. Met een systeem dat groen, oranje en rood licht aangeeft, zal de drager kunnen zien of de omgeving waarin hij/zij werkt nog veilig genoeg is. Zie bijlage 5 voor meer informatie. In dit hoofstuk zijn voorbeelden beschreven over sensoren in combinatie met kleding. In bijlage 5 zijn nog meer voorbeelden te vinden samen met afbeeldingen voor meer verduidelijking over textielsensoren.

5.4 Huidig sensorshirt Het shirt dat in deze scriptie is ontwikkeld verschilt wel van de genoemde voorbeelden die eerder in dit hoofdstuk staan beschreven. Het sensorshirt dat voor deze scriptie is ontwikkeld, is aangepast op de drager. Het shirt zit strak om het lichaam, maar knelt niet. Daarnaast zijn de sensoren op de doelgroep aangepast. Dat betekend dat er is gekeken naar de eisen en wensen van de doelgroep door middel van interviews en onderzoek op internet. Er zijn dus sensoren geïntegreerd in het shirt die de speerpunten (oververhitting, oververmoeidheid en uitdroging) zullen waarborgen. In hoofdstuk 6, 7 en 8 zal het gehele shirt worden beschreven wat betreft de grondstof(fen), de sensoren en het design.

5.5 Conclusie Uit het voorafgaande hoofstuk blijkt dat er veel sensorkleding op de huidige markt bestaat. Tot op heden wordt er onderzoek gedaan naar verbetering van de sensorkleding. Op deze

Sensorshirt

Pagina 28 van 93

manier kan het voor steeds meerdere doeleinden worden gebruikt. Er worden daarbij ook steeds meer sensoren in één kledingstuk verwerkt. Op deze manier kan één shirt nog meer informatie over de drager van het kledingstuk verkrijgen. Daardoor is de drager beter in de gaten te houden en wordt de veiligheid vergroot. Doordat er veel wordt samengewerkt tussen kleding in elektronica (sensoren) moet de veiligheid voorop staan. Op basis van deze informatie over deze sensorkleding, wordt het nieuwe sensorshirt ontwikkeld. Alle technische voorbeelden, maar ook de voorbeelden met betrekking op de vorm van het shirt zullen als inspiratie worden gebruikt. Hierdoor zal uiteindelijk een vernieuwd shirt op de markt komen met alle nodige sensoren. Toch zal het shirt uniek zijn ten opzichte van de voorbeelden die in dit hoofdstuk zijn genoemd. Het shirt is namelijk aangepast op de doelgroep en zal aan alle eisen en wensen van de doelgroepen voldoen. Deze wensen en eisen zijn aangeduid in tabel 6; Programma van Eisen.

Sensorshirt

Pagina 29 van 93

6. Textiele eigenschappen shirt In hoofstuk 4 is er vooronderzoek gedaan naar voorbeelden van grondstoffen die al worden gebruikt door onder andere brandweer en sporters. Met deze informatie kan er onderzoek worden gedaan naar de uiteindelijk grondstof(fen) voor het sensorshirt. In dit hoofdstuk wordt dus vastgesteld uit welke grondstof(fen) het shirt zal bestaan. Eerst komt er een tabel met het Programma van Eisen. Hier zullen alle wensen en eisen van de brandweer en de sporters wat betreft een sensorshirt in komen te staan (inclusief de gewenste sensoren). Daarna zullen alle mogelijkheden wat betreft de grondstoffen worden geanalyseerd in tabel 7. Deze grondstoffen zijn gebaseerd op tabellen 5 en 6. Daarna zal er een keus voor een materiaal worden gemaakt, welke is gebaseerd op het Programma van Eisen en de analyse van de grondstoffen. Ook zullen de geleidende garens worden behandeld. Ten slotte zullen de wasvoorschriften beschreven worden.

6.1 Programma van Eisen Het Programma van Eisen is opgesteld naar aanleiding van de interviews die zijn afgelegd met dhr. J. Jansen en dhr. G. Wermink (zie bijlage 1 en 2). Ook is er gekeken op internet naar aanvullende informatie met betrekking tot eisen en wensen die er aan een sensorshirt zitten. In tabel 6 staan de antwoorden met betrekking tot de vraag; ‘wat moet het shirt meten om oververhitting, oververmoeidheid en uitdroging te herkennen?’ en ‘hoe kan het shirt optimale comfort bieden?’. De normen die in deze tabel worden beschreven zijn test normen. Daarnaast staan de aangegeven waarden gelijk aan de benchmark. In het geval van het sensorshirt betekent dat, dat de waarden gelijk staan aan de waarden van de bestaande sportkleding. Shirt

Standaard

Betekenis

waarde Strak om het lijf/niet knellen

Het sensorshirt moet strak om het lichaam zitten tijdens (intensieve) activiteiten, zodat de sensoren kunnen blijven meten. Daarnaast wordt op deze manier de comfort verhoogt, omdat het shirt nu mooi rond het lichaam blijft ‘hangen’.

Shirt matenreeks S, M, L, XL, XXL

Sensorshirt

S = 71 cm

Standaard lengte maat S-XXL

Pagina 30 van 93

M = 74 cm

heren T-shirt.

L = 76 cm XL = 79 cm XXL = 81 cm(33) Niet beïnvloedbaar op activiteiten.

Het sensorshirt mag tijdens werkzaamheden en/of trainingen niet beïnvloeden op de (intensieve) activiteiten.

Sensoren moeten blijven zitten

Tijdens (intensieve) activiteiten is het van belang dat de sensoren blijven zitten en niet van het shirt afvallen. Dit beïnvloedt de metingen en de activiteiten van de werknemer en/of de sporter.

Rekbaar

Het sensorshirt moet mee rekken met het lichaam tijdens (intensieve) activiteiten. Dit is om de comfort te verhogen.

Wasbaar

60°C(34)

Op 60°C wassen.

Welke metingen sensoren moeten uitvoeren Hartslag Temperatuur huid en lichaam Ademhaling Locatie persoon Grondstof Geleidende stof

De stof moet het vocht/zweet weg geleiden.

Brandbaarheid

EN 1103(35)

Deze Europese norm beschrijft een werkwijze voor het brandgedrag van textiel voor kleding (met uitzondering van beschermende kleding) voor en na het reinigen, wanneer het wordt getest met behulp van

Sensorshirt

Pagina 31 van 93

een ontstekingstest va het oppervlak(in EN ISO 6941).(36) Goede dimensionale stabiliteit

EN ISO 5077 +

Methode voor de bepaling van

EN ISO 6330

de dimensionele verandering

(37)

van weefsels, kledingstukken of andere textielartikelen wanneer deze onderworpen worden aan wassen en drogen.(38) Deze internationale norm specificeert huishoudelijk wassen en droog procedures voor het testen van textiel.(39)

Luchtdoorlaatbaarheid

EN ISO

Is van toepassing op de meeste

9237(40)

soorten stoffen, met inbegrip van industriële weefsels voor technische doeleinden, nonwovens en geconfectioneerde artikelen die zijn luchtdoorlatend.(41)

Zweet doorlatend/waterdamp doorlatend

EN ISO

Meting van

15496(42)

waterdampdoorlaatbaarheid van textiel voor de kwaliteitscontrole.(43)

Slijtweerstand/lange levensduur

EN ISO

Bepaling van de slijtvastheid

12947-2(44)

van materialen met de Martindale methode.(45)

Gewenste sensoren GPS

Brandweer en sporter wensen deze sensor.

Hartslag

Brandweer en sporter wensen deze sensor.

Temperatuur huid

Brandweer en sporter wensen deze sensor.

Temperatuur lichaam

Brandweer en sporter wensen deze sensor.

Tabel 6: Programma van Eisen.

Sensorshirt

Pagina 32 van 93

6.2 Mogelijke grondstoffen Uit het vooronderzoek is gebleken dat er veel verschillende stoffen worden gebruikt in de verwerking van werkkleding. Het vernieuwde sensorhirt bevat andere grondstoffen dan de huidige

werkkleding

dat

uiteindelijk

boven

het

shirt

wordt

gedragen

(zoals

het

brandweerpak). Dit is vanwege het feit dat het shirt nauw om het lichaam komt te zitten en comfortabel moet aanvoelen. Het sensorshirt zit dus direct op de huid. Nu zijn alle grondstoffen objectief bekeken en van daaruit is er een conclusie getrokken met betrekking tot de juiste grondstof voor het sensorhirt. Om een duidelijk beeld te scheppen, is er een tabel opgesteld met alle mogelijke stoffen met daarbij de eigenschappen per genoemde stof. Deze mogelijke stoffen zijn gebaseerd op paragraaf 4.3, waarin wordt uitgelegd dat in de sportsector kleding gebruikt wordt, die voornamelijk uit polyester bestaat. Deze sportkleding wordt daarnaast direct op de huid gedragen. Omdat het sensorshirt ook direct op de huid wordt gedragen, moet er een grondstof worden gebruikt die, net als de sportkleding, comfortabel en prettig aanvoelt. Daarom worden de genoemde stoffen uit tabel 5, ook gebruikt worden voor het sensorshirt. In paragraaf 6.3 wordt hier verder op ingegaan. In deze paragraaf worden dus de grondstoffen met de eigenschappen in een tabel uiteengezet. De plusjes en minnetjes geven aan in hoeverre de eigenschappen van de stoffen goed of slecht zijn met betrekking tot het sensorshirt. Bronnen tabel 7: (46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54) Vezeleigenschap Droge hitte

Elastomeer

Katoen

Viscose/

Polyamide/

Modal

Nylon

Polyester

-

+

0

--

++

Elasticiteit

++

-

--

+

++

Kreukherstellend

++

-

-

++

++

bestendig

vermogen Krimp

0

-

--

+

0

++

--

-

++

+

+

+

-

++

++

Statische lading

-

+

+

--

--

Sterkte droog

0

+

-

++

++

Sterkte nat

0

+

--

+

++

Vochtopnemend

-

+

++

-

-

Rekbaarheid Slijtweerstand

--

Slecht

-

Matig

0

Voldoende

+

Goed

++

Zeer goed

Sensorshirt

Tabel 7: Eigenschappen per grondstof.

Pagina 33 van 93

6.3 Gekozen grondstoffen Om tot een goede samenstelling te komen wat betreft de grondstoffen die gebruikt worden voor het nieuwe shirt, moet er worden gekeken naar verschillende aspecten. In het Programma van Eisen staan de voornaamste eisen van een shirt beschreven. Hier wordt in eerst instantie ook naar gekeken voor het sensorshirt, omdat de aangegeven wensen en eisen belangrijke aspecten zijn. In het Programma van Eisen is comfort belangrijk. Het shirt moet comfortabel zijn volgens de eisen van de brandweer en de sporter. Tijdens (belangrijke) werkzaamheden is het uiterst belangrijk dat het shirt niet beïnvloedbaar is op de drager. Het moet nauw om het lichaam blijven zitten en mag niet te kort of te lang zijn. Daarnaast moet het shirt goed ventileren en niet zwaar worden na enige tijd dragen door de zweetopname. Naar aanleiding van de vooronderzoeken in paragrafen 4.3 en 6.2 is er een selectie gemaakt van de grondstoffen voor het shirt. In tabel 7 zijn voorbeelden van grondstoffen beschreven. Eén van de belangrijkste voorbeelden in dit verhaal zijn de grondstoffen van de sector sport. In deze sector wordt de kleding vrijwel altijd direct op de huid gedragen. Het sensorshirt wordt ook direct op de huid gedragen. Daarom wordt er gekeken naar de sector sport; voor de juiste keuze van de materialen. Deze moeten namelijk aan dezelfde eigenschappen voldoen. Polyester De grondstoffen uit de sportsector zijn in tabel 7 gezet met alle eigenschappen die belangrijk zijn voor het sensorshirt. Eerder in deze scriptie is beschreven dat in de sportsector veel kleding wordt gebruikt met als grondstof polyester. Deze kleding wordt direct op de huid gedragen. Het sensorshirt wordt dus ook direct op de huid gedragen door de brandweer en de sporter. Polyester wordt gezien als een fijne stof om in te sporten, omdat dit materiaal licht van gewicht is en zeer snel drogend werkt.(55) Het sensorshirt moet ook in elk geval deze eigenschappen hebben om het comfort te behouden, want dit shirt wordt ook direct op de huid gedragen. Vooral met zware activiteiten is het onhandig wanneer een shirt oncomfortabel aanvoelt. Na het onderzoek van de kleding in de sportsector samen met de eigenschappen per grondstof in tabel 7 is besloten om de volgende grondstof te gaan gebruiken voor het sensorshirt: 100% polyester. Polyester heeft als voordelen dat de grondstof zeer elastisch is en kreukherstellend is. Mede dankzij deze twee eigenschappen zal polyester vormvast blijven. Daarnaast is polyester bestendig tegen droge hitte en blijft sterk in droge en natte toestand. De kleurechtheid en slijtweerstand zijn ook goed. Het vochtopnemend vermogen is van mindere kwaliteit. Nog een nadeel van polyester, is dat het snel statisch geladen is.(56)

Sensorshirt

Pagina 34 van 93

Coolmax® Coolmax® houdt de gebruiker droog en zorgt voor veel comfort. Coolmax® is gemaakt van speciaal ontwikkeld polyester

garen

van

ADVANSA

met

een

vergrote

oppervlakte. Dit speciale garen (hexachannel, zie figuur 3) vormt een transportsysteem dat lichaamsvocht weg duwt naar de buitenkant van de stof. Aan de buitenkant van de stof droogt het lichaamsvocht extra snel. Door de verdamping koelt de stof en dus de huid af. De voordelen van de stof is dat deze vochtregulerend en

Figuur 3: Tetrachannel en Hexachannel.

vormvast is. Daarnaast heeft het een hoog ademend vermogen en droogt het snel. Coolmax® is comfortabel doordat er stretch in is verwerkt, licht van gewicht is en het lichaam droog en koel houdt. Elke vezel heeft vier kanalen, waardoor de vezel een grotere oppervlakte heeft van 20% (dan een normale polyester vezel). Dit vergroot het vermogen van de stof om het vocht van het lichaam af te voeren en snel naar de buitenkant van het kledingstuk te geleiden. Coolmax® gaat dus een stap verder bij vochttransport. Het zweet wordt als het ware van de huid weggetrokken en transporteerd dat naar de buitenste laag. Daar verspreid het zweet over een groter gebied van het shirt

Figuur 4: Coolmax werking.

en daardoor kan het makkelijker verdampen (zie figuur 4)(57). Het shirt is een thermoshirt. Het shirt houdt het lichaam koel in warme omstandigheden en warm in koele omstandigheden. Dat komt mede door Coolmax®, omdat dit garen een transportsysteem heeft, dat het lichaamsvocht weg duwt naar de buitenkant van de stof. Op deze manier houdt het je lichaam droog. Op deze manier werkt het shirt in koele en warme omstandigheden, omdat het zweet wordt afgevoerd.

6.4 Geleidende garens Geleidende garens zorgen ervoor dat de sensoren de ontvangen informatie zenden via deze speciale garens naar de actuator toe. Een actuator is een toestel dat signalen opvangt en daardoor de omgeving (personen) kan beïnvloeden door bijvoorbeeld trilling (meer informatie over een actuator is te lezen in paragraaf 7.8). De informatie die via de geleidende garens verzonden wordt, verslechtert het shirt niet qua comfort, omdat de garens zeer

Sensorshirt

Pagina 35 van 93

flexibel zijn en meebuigen met het lichaam. Op het Kenniscentrum Design en Technologie zijn er veel verschillende soorten geleidende garens. Bekinox VN 12/1 en Bekinox VN 12/2 Deze garensoorten zijn staaldraden. Er zitten roestvrije staalvezels in verwerkt. Deze geleidende garens hebben de functie om stroom om te zetten in warmte-energie. Door deze verwarming, kan de kleur van de inkt van het bevestigde doek veranderen. De bekinox VN 12/2 is een in elkaar gedraaid garen met twee kleine filamenten van staal. Het is dus een getwijnd garen. Het draad past door de spoel van de naaimachine en het is niet makkelijk te rafelen.(58) Bekintex 50/1 en Bekintex 50/2 Weinig informatie over bekend. Hetgeen wat wel bekend is, is dat beide geleidende garens geschikt zijn voor een breed scala van toepassingen. •

Antistatisch

•

Warmte geleidend

•

Intelligent textiel

•

Signaal overdracht

•

Elektro-magnetische afscherming

De garens zijn wasbestendig, omdat deze van polyester met staalvezels zijn gemaakt. Bovendien kunnen de garens worden geweven, gebreid en genaaid. Vaak worden ze geproduceerd in raster structuur (10 x 10 mm).(59) Shieldex Dit garen is anti-microbieel, heeft een goede dichtheid en is bestendig tegen hitte. De garens zijn voornamelijk te gebruiken voor intelligente textielen.(60) Het draad van Shieldex is een fijner garen. Daardoor is het garen makkelijker te hanteren en kan het gebruikt worden in een standaard naaimachine.(61) Dit Shieldex type is een lichtgewicht garen, maar door beperkte geleidbaarheid niet over grote afstanden inzetbaar. Bij rek verandert de weerstand. Dus bruikbaar als sensor voor stretch indicatoren.(62) Bovendien is het een uitstekend verwerkbaar fijn garen met lage wrijvingsweerstand.(63) Zimmerman 6356x Geen informatie gevonden over dit type geleidende garen; Zimmerman 6356x. Voordat de keus werd gemaakt tussen bovenstaande geleidende garens, zijn er elektrische weerstand testen uitgevoerd. Deze testen zijn belangrijk, omdat er dan kan worden geconcludeerd welke geleidende garens het beste zijn voor het sensorshirt. Er zijn vier

Sensorshirt

Pagina 36 van 93

testen

(basismetingen)

gedaan,

om

van

daaruit

het

gemiddelde

te

bepalen.

De

basismetingen zijn gedaan met een 100% ongebleekt katoenen lapje. De geleidende garen is er opgestikt met een stiksteek afstand van ongeveer 20 cm. De metingen staan beschreven met het ‘Ω’ (omega) teken, ofwel de ohm. Deze waarde geeft de elektrische weerstand aan. Onderstaande testen zijn met willekeurige voltmeter gedaan. Soort Bekintex 50/1

Meting 1 (Ω)

Meting 2 (Ω)

Meting 3 (Ω)

Meting 4 (Ω)

6000

4600

7000

6000

Zimmerman 6356

360

370

360

350

Bekinox VN 12/1

7

9,5

8

12

Shieldex

36

35

36

40

Bekinox VN 12/2

19

7

6

6

900000

700000

700000

1400000

Bekintex 50/2

Tabel 8: Basismetingen elektrische weerstand geleidende garens. Na deze basismetingen, is het gemiddelde genomen. Daarnaast is de spreiding gemeten. Deze wordt ook wel aangegeven met het teken ‘σ’, ofwel de sigma. De spreiding is het verschil tussen de grootste en de kleinste van de waargenomen metingen. Soort Bekintex 50/1

Gemiddelde (Ω)

Spreiding (σ)

5900

854,40

Zimmerman 6356

360

7,07

Bekinox VN 12/1

9,125

1,88

Shieldex

36,75

1,92

9,5

5,50

925000

286138,08

Bekinox VN 12/2 Bekintex 50/2

Tabel 9: Gemiddelde en spreiding basismetingen elektrische weerstand geleidende garens. Na deze testen is er een keus gemaakt over welke geleidende garens worden verwerkt in het sensorshirt. Voor een test geldt, hoe lager het gemiddelde, hoe beter de garens de elektriciteit geleiden. In dit geval komt het type Bekinox VN 12/1 als beste uit de test. Het nadeel van dit garen is dat het uit één garen bestaat. Voor bedrijfszekerheid is dit te weinig. Daarom is er voor gekozen voor het volgende type geleidende garen: Bekinox VN 12/2. Dit geleidende garen is getwijnd en dus meteen een stuk sterker dan de Bekinox VN 12/1. Wanneer er één van de draden afbreekt, is de andere draad er nog steeds om de elektrische

Sensorshirt

Pagina 37 van 93

spanning te geleiden. In de test komt Bekinox VN 12/2 als één na beste eruit. Het scheelt niet veel met de Bekinox VN 12/1. Om deze reden is er uiteindelijk voor het getwijnde Bekinox VN 12/2 gekozen. De geleidende garens worden door middel van een zigzag steek op het shirt genaaid. Dit is om de flexibileit te verhogen. Wanneer er een zigzag steek wordt gebruikt, zal de flexibiliteit verhogen, omdat de garens makkelijk naar elke kant kunnen bewegen.

6.5 Wasvoorschriften In tabel 10 staat beschreven welk wasvoorschrift er is voor dit thermoshirt, als gewenste eigenschap. Wasvoorschriften Thermo shirt Maximaal op 60 °C graden wassen.(64)

Tabel 10: Wasvoorschriften thermo shirt. Omdat het shirt sensoren, actuatoren en twee batterijen zal bevatten, is het van belang om het shirt apart te wassen. De sensoren, actuatoren en de batterijen moeten van te voren er af worden gehaald. De desbetreffende componenten op het shirt zijn met een drukknoop bevestigd (meer informatie zie paragraaf 8.2), dus de verwijdering zal makkelijk verlopen. De geleidende garens die erin worden verwerkt, kunnen tegen water en mogen dus gewassen worden.

6.6 Conclusie Dit hoofdstuk is gebaseerd op paragraaf 4.3. en 6.2. Uit het tabel met voorbeelden van grondstoffen van werksectoren, is er uitsluitend gekeken naar de huidige kleding uit de sportsector. De sportkleding wordt direct op de huid gedragen en moet goed kunnen ventileren. Deze eigenschappen zijn ook belangrijk voor het sensorshirt die gedragen wordt door de brandweermannen en de sporters. Uit dit hoofdstuk is gebleken dat polyester een veelgebruikte stof is voor het sporten, vooral in combinatie met katoen en elastan. Polyester is daarnaast erg positief uit tabel 7 gekomen. Daarnaast is het shirt een thermo shirt. Het shirt houdt het lichaam koel in warme omstandigheden en warm in koele omstandigheden. Door Coolmax® zal het shirt de gehele tijd tijdens het dragen droog aanvoelen door de vierkanaal-garens.

Sensorshirt

Pagina 38 van 93

7. Keuze sensoren Nu de grondstof bekend is (100% polyester) en er uit de vooronderzoeken is gebleken dat de speerpunten oververhitting, oververmoeidheid en uitdroging zijn, kan er op basis van deze informatie gekeken worden naar de sensoren. In dit hoofdstuk wordt allereerst uitgebreid uitgelegd waarom er voor de speerpunten oververhitting, oververmoeidheid en uitdroging is gekozen aan de hand van interviews met deskundigen in de sectoren brandweer en sport. De speerpunten zijn te herkennen aan een aantal indicatoren (zoals hartslag, ademhaling en temperatuur). Als deze zijn beschreven zullen de sensoren worden bepaald. De sensoren zorgen er namelijk voor dat de speerpunten worden herkend. Om een goede meting uit te voeren, zullen de sensoren op goede plekken van het lichaam moeten worden geplaatst. Hierover zal in hoofdstuk 8 meer worden uitgelegd. Als laatste worden de actuatoren bepaald. De actuatoren zorgen ervoor dat de persoon in kwestie gealarmeert wordt wanneer de grens van de metingen van de sensoren wordt overschreden. Dit kan bijvoorbeeld door trilling of geluid. Ten slotte wordt het energietoevoer vastgesteld. Dit zijn batterijen die stroom geven naar de sensoren en actuatoren.

Figuur 5: Stappen van speerpunten naar actuatoren.

7.1 Speerpunten De speerpunten zijn bepaald door de selectie van de sectoren; brandweer en sport. Er zijn interviews gehouden met dhr. J. Jansen, dhr. G. Wermink en dhr. J. Borghuis (zie bijlage 1 en 2). Door de genoemde vakdeskundigen zijn de speerpunten bepaald. Door de speerpunten te weten, is er makkelijker te achterhalen welke sensoren er uiteindelijk nodig zijn. Hierna is namelijk te onderzoeken met welke indicatoren de speerpunten te maken hebben. Deze indicatoren worden in paragraaf 7.2 beschreven. Oververhitting In het interview met dhr. J. Jansen (zie bijlage 1 en 2) is gebleken dat de brandweer vaak te maken heeft met oververhitting. Oververhitting kan komen door het pak (dat kan oplopen tot 50°C aan de binnenkant), maar ook door omstandigheden van buitenaf (bijvoorbeeld brand). Dhr. J. Jansen heeft aangegeven dat er vaak een hoge hartslag en snelle ademhaling ervaren

Sensorshirt

Pagina 39 van 93

wordt. Daarnaast zal de huid- en lichaamstemperatuur snel warmer worden door de hete omstandigheden, zoals branden. In het gesprek met dhr. G. Wermink (zie bijlage 1 en 2) is naar voren gekomen dat oververhitting niet als speerpunt wordt gezien. Tijdens trainingen en wedstrijden komt oververhitting namelijk niet voor. Daarentegen wordt dit speerpunt wel meegenomen in dit verslag, omdat oververhitting wel voorkomt bij de brandweer. Oververmoeidheid Bij beide gekozen doelgroepen, brandweer en sport, komt oververmoeidheid voor. Dit is gebleken uit de twee interviews die zijn afgenomen bij de brandweer Twente te Enschede en bij het Trainingscentrum FC Twente te Hengelo (zie bijlage 1, 2 en 4). Bij een sporter is oververmoeidheid te herkennen aan de meting van de hartslag en ademhaling samen met het lokaliseren van deze persoon. Wanneer deze drie factoren samenwerken kunnen de volgende aspecten worden herkend: •

Afstanden

•

Versnellingen

•

Explosieve acties

•

Hartslag

Met deze informatie is te meten of de drager van de sensoren nog in goede staat van conditie is. De locatie van de persoon in combinatie met het weten van de snelheid van de hartslag en ademhaling, kan de uitkomst voor iemands conditie opleveren. Er kan namelijk berekend worden hoelang men bijvoorbeeld doet over een rondje lopen om het voetbalveld. Als de hartslag verandert samen met de ademhaling, kan er worden berekend hoe de conditie is van de brandweerman of de sporter. Bij trainingen is het voor een trainer belangrijk om te weten wat de conditie is van de spelers, voor de ontwikkeling van een sporter (voor bijvoorbeeld wedstrijden). Door middel van de gegevens elke keer op te slaan in een extern apparaat en vervolgens deze gegevens met elkaar te vergelijken, is uiteindelijk af te lezen wat de conditie is van een brandweerman of sporter. Bij de brandweer wordt oververmoeidheid nauwelijks op tijd herkend. Tijdens bijvoorbeeld een heftige brand, komt het voor dat tijdens de activiteiten die plaatsvinden, de brandweerlieden doorgaan tot zij niet meer kunnen. Uiteindelijk hebben zij vaak te laat door wanneer zij oververmoeid raken en weg moeten uit een gevaarlijke situatie. Uitdroging Dhr. J. Jansen en dhr. G. Wermink (zie bijlage 4) hebben beide aangegeven dat uitdroging vaak voorkomt, maar dit wordt nauwelijks opgemerkt tijdens de activiteiten van het beroep of tijdens de trainingen. Uitdroging wordt onder andere gemerkt door de persoon zelf (dorst), maar het is ook te herkennen aan een verhoogde hartslag. Wanneer een persoon

Sensorshirt

Pagina 40 van 93

uitgedroogd is, kan vermoeidheid ook eerder optreden. Daarom is het van belang dat de vochthuishouding goed op peil wordt gehouden.(65)

7.2 Indicatoren In deze subparagraaf worden de indicatoren beschreven. Dit is het onderdeel dat vanuit de speerpunten is bepaald. Een indicator kan bijvoorbeeld hartslag zijn. Het is noodzakelijk om te weten wat de indicatoren zijn om daarna de sensoren te bepalen. Per speerpunt wordt er gekeken naar de indicatoren. Deze indicatoren zijn samen met de personen van de Universiteit Twente (zie bijlage 1 en 2) besproken en vastgesteld mede door hun vakkundige kennis, maar ook met de kennis van de deskundigen van het Kenniscentrum Design en Technologie bij het Saxion (zie bijlage 1 en 2). Als laatste hebben ir. C. Baten en dr. J. Reenalda (zie bijlage 1 en 2) bevestigd welke indicatoren per speerpunt er zijn. De indicatoren voor oververhitting zijn: •

Hartslag

Bij oververhitting is gebleken dat de hartslag stijgt. Dit komt doordat het hart een grotere druk ervaart en moeite heeft met het pompen van het bloed.(66) •

Ademhaling

Wanneer de hartslag hoger is, zal de ademhaling daardoor worden beïnvloedt. De ademhaling zal sneller, maar korter zijn. Diepe ademhaling wordt moeilijk.(67) •

Huid- en lichaamstemperatuur

Beide temperaturen (huid- en lichaamstemperatuur) zullen stijgen. De warmte wordt alleen niet uitgezweet en daardoor is de oververhitting te herkennen.(68) De indicatoren voor oververmoeid zijn: •

Hartslag

Als men oververmoeid is, zal de hartslag sneller stijgen bij bepaalde activiteiten (bijvoorbeeld sporten), en zal gevoelsmatig ook veel moeite kosten. Wanneer men stopt met de activiteiten, zal de hartslag ook sneller dalen dan normaal.(69) •

Ademhaling

De ademhalingsfrequentie verandert bij oververmoeidheid. Een ander herkenningspunt van de ademhaling, is dat de één teveel lucht gaat inademen en de ander gaat juist oppervlakkiger ademen.(70) •

Locatie persoon

De locatie van een persoon in combinatie met het weten van de snelheid van de hartslag en ademhaling, kan de uitkomst van iemands conditie opleveren. Er kan namelijk berekend worden hoelang men bijvoorbeeld doet over een rondje lopen om het voetbalveld. Als de

Sensorshirt

Pagina 41 van 93

hartslag verandert samen met de ademhaling, kan er worden bepaald in hoeverre iemands conditie is. (71) De indicatoren voor uitdroging zijn: •

Hartslag

Een vochtverlies van vier tot zes procent van het lichaamsgewicht kan leiden tot hartproblemen en een verhoogde hartslag.(72)

7.3 Sensoren in het algemeen Nu de speerpunten en de indicatoren zijn vastgesteld, kunnen de commercieel verkrijgbare sensoren worden bepaald om de speerpunten te meten. Samen met de Universiteit Twente en het Kenniscentrum Design en Technologie zijn de sensoren samengesteld (zie bijlage 1 en 2). Op beide locaties zijn de vergaderingen gehouden. Daarnaast is er gebruik gemaakt van de vakkundige kennis van ir. C. Baten en dr. J. Reenalda, werkzaam bij Roessingh Research Development (zie bijlage 1 en 2). Als eerst wordt er in deze paragraaf beschreven welke sensoren mogelijk zijn. Deze sensoren zijn samen met de Universiteit Twente en het Kenniscentrum Kenniscentrum Design en Technologie. Deze sensoren worden in twee lijsten opgesplitst (fysiologische sensoren en

omgevingssensoren). Dit zijn

bovendien alle mogelijke sensoren

die

beschikbaar worden gesteld vanuit de Universiteit Twente. Daarna wordt er een selectie van de sensoren gemaakt welke er worden gebruikt. Per sensor wordt er uitgelegd en onderbouwd waarom ze zijn gekozen of juist niet gekozen. Er is een volledige lijst te vinden in figuur 6 met sensoren die, samen met de hulp van de Universiteit Twente, is samengesteld. De sensoren die worden genoemd, zijn de sensoren die aansluiten op de vooronderzoeken betreft de speerpunten en indicatoren. De lijst is opgedeeld in twee lijsten. Eén lijst beschrijft de fysiologische sensoren. Deze sensoren zullen dicht op de huid plaatsvinden en meten de indicatoren van binnenuit (bijv. hartslag, temperatuur etcetera). De andere lijst betreft de omgeving sensoren. Deze sensoren meten de omgeving buitenaf.

Sensorshirt

Pagina 42 van 93

Figuur 6: Fysiologische en omgevingssensoren. Nu de sensoren opgedeeld zijn in een tabel worden deze in paragrafen 7.3.1 tot en met 7.6 besproken en onderbouwd. Er wordt informatie verstrekt over wat de sensoren meten en wat het uiteindelijk doel is. Door deze informatie is een link te leggen met de speerpunten en de indicatoren.

7.3.1 Overzicht fysiologische sensoren De fysiologische sensoren worden gebruikt om metingen te kunnen verrichten van het lichaam. Voor het sensorshirt dat is ontwikkeld tijdens deze scriptie, is besloten om alleen fysiologische sensoren te gebruiken, omdat deze sensoren de indicatoren kunnen meten. Van daaruit zijn de drie speerpunten (oververhitting, oververmoeidheid en uitdroging) van af te leiden. Om pragmatische redenen is er gekozen om alleen fysieke aspecten in de gaten te houden en te bewaken (zoals het hart, longen en de temperatuur van de huid). Om pragmatische redenen is er gekozen voor de sectoren brandweer en sport. Het is namelijk nuttig voor de brandweer en de sporter om hun waarden te meten en daarvoor zijn zij bereid om comfort van het shirt in te leveren. Op deze manier kunnen beide doelgroepen in de gaten worden gehouden voor werkactiviteiten. Daarnaast hebben de brandweermannen en de sporters het meest aan het shirt. Ook hebben het Kenniscentrum Design en Technologie

Sensorshirt

Pagina 43 van 93

en de Universiteit Twente de benodigde kennis en faciliteiten om het shirt te ontwikkelen (zoals sensoren, actuatoren, batterijen en geleidende garens). Er worden dus geen omgeving sensoren gebruikt, omdat deze geen meerwaarde hebben voor het sensorshirt. Accelerometer Een

accelerometer

meet

bewegingssnelheden.

Deze

sensoren

zijn

ontwikkeld

om

veranderingen van kracht, positionering, schokken en trillingen op te sporen. Deze sensoren zijn handig voor gebruikers die een snelle responstijd nodig hebben. Het systeem heeft namelijk een hoge gevoeligheid en een laag stroomverbruik.(73) De sensor wordt meestal geplaatst op de heup of op de rug. Hier vindt het massa middel punt plaats, waardoor de meeste activiteit van het lichaam gemeten kan worden. Het massa middel punt is het zogenoemde zwaartepunt, waar het lichaam zich beweegt alsof het lichaam daar het zwaarst is.(74) ECG Een ECG (ElektroCardioGram) is een grafische weergave van de elektrische activiteit van de hartspier. ECG wordt ook wel een hartfilmpje genoemd. De ECG meet de dus de activiteit van de hartspier. Om dit te meten is absolute nauwkeurigheid van toepassing. Het registreert namelijk de elektrische prikkel die de spiercellen in het hart laat samentrekken. De meeste hartziekten hebben gevolgen voor het prikkelgeleidinggsysteem en laten daarom sporen na op een ECG.(75) EMG Elektromyogram (EMG) meet de werking van de spieren door de zenuwen te prikkelen. Dit is een zeer precieze meting waarbij de persoon niet teveel mag bewegen.(76) Wanneer de sensor te veel verschuift, zal er geen meting kunnen plaatsvinden. Bij de sensor ligt het eraan wat de persoon wil weten. In het geval van het sensorshirt, zullen de elektroden, die verbonden zijn aan de sensoren met een kleine snoer, de stress van de drager meten. Dat betekend dat de elektroden bij de schouders op het shirt worden bevestigd. Geluidssensor/microfoon Deze sensor meet de geluiden van het lichaam van de drager van het sensorshirt. De geluidssensor kan de bewegingssnelheden meten (hart, ademhaling) van de persoon die de sensor draagt. Hierdoor kunnen er verschillende metingen worden gedaan, zoals hartslag en ademhaling.

Sensorshirt

Pagina 44 van 93

GPS GPS staat voor Global Positioning System. Deze sensor is een apparaat die via de satelliet kan meten waar de persoon zich bevindt die het apparaat in gebruik neemt. De positie van een persoon kan gemeten worden met een nauwkeurigheid tussen de 5 en 15 meter. Zie meer informatie in paragraaf 7.5-GPS). De sensor die in het shirt gebruikt zal worden, maakt gebruik van een communicatiesysteem waarbij de positie van de drager van de sensor af te lezen is op een apart schermpje. Dit schermpje kan op de drager zelf ergens anders bevestigd worden, maar kan ook op verdere afstand te zien zijn door een derde persoon. Gyroscoop Een gyroscoop is een (snel)draaiende tol, gelagerd met drie graden van vrijheid (X-as, Y-as en de A-as). Dat wil zeggen dat de tol kan draaien om drie onafhankelijke assen, waarvan één de tolas zelf is.(77) Als er een persoon de gyroscoop bij zich draagt zal er beweging vormen bij de gyroscoop, omdat deze persoon beweegt. Wanneer men zich niet beweegt zal er ook geen beweging vormen bij de gyroscoop. In het geval van

Figuur 7: Gyroscoop.

het shirt zal de gyroscoop bewegingsmetingen uitvoeren over de hoeksnelheden van de persoon in kwestie. Dus bijvoorbeeld in hoeverre men beweegt en in hoeverre het hart werkt/klopt. Als men niet beweegt zal de meting ook 0° zijn. SpO2 sensor Met deze sensor is het zuurstof van het bloed te meten. In bloed zit ondermeer zuurstof en voedingsstoffen. Het hart zorgt ervoor dat het bloed naar alle cellen in het lichaam wordt gepompt. Cellen hebben de zuurstof nodig om energie uit de voedingsstoffen in je bloed te halen. Wanneer het bloed te weinig zuurstof bevat kan dit gevolgen hebben voor alle weefsels in het lichaam, waaronder de hersenen.(78) Er kan dan vermoeidheid optreden. pH sensor pH betekend officieel in het Latijns ‘werkzaamheid van de waterstof’. Het is een maat voor de concentratie waterstof-ionen in oplossingen en geeft aan hoe zuur of basisch iets is. De mate van zuur-base wordt weergegeven op een pH schaal van 1 tot 14. Hierbij staat 1 voor zéér zuur en 14 voor zéér basisch (alkalisch).(79) Met de pH-waarde sensor is het zweet te meten van de drager. Wanneer deze zweet productie van de drager ver boven of ver onder de 7 komt (neutrale waarde), zal de sensor dit aangeven. Door de meting van het zweet zal de uitdroging en vermoeidheid van de drager bekend worden. Dat is het uiteindelijke doel voor deze sensor.

Sensorshirt

Pagina 45 van 93

Stretchband Een stretchband zorgt ervoor dat de ademhaling kan worden gemeten. Doordat de band zich rond de borstkas bevindt, kan deze de snelheid van het ademhalen meten. De band bevat stretchgaren waardoor deze makkelijk mee kan bewegen met het lichaam. Door deze eigenschap, blijft de band (en dus het shirt) comfortabel om het lichaam zitten. Temperatuur sensor (huid) Deze temperatuursensor zal de huidoppervlakte meten. Het doel van deze sensor, is het bewaken van de huidtemperatuur. Vooral in warme omstandigheden, bij bijvoorbeeld het blussen van branden, zal de temperatuur stijgen en in de gaten moeten worden gehouden. Wanneer het minimum of het maximum is bereikt, zal de persoon in kwestie in de gaten moeten worden gehouden of er zal direct moeten worden gehandeld. Temperatuur sensor (lichaam) De temperatuursensor zal de persoon meten op het aantal graden van zijn of haar lichaamstemperatuur. Normaliter zal deze rond de 37C° zitten, maar het kan in verschillende omstandigheden voorkomen dat de temperatuur van de persoon in kwestie daalt of stijgt. In beide gevallen zal er een grens aan vast zitten en zal er gealarmeert moeten worden wanneer deze grens is bereikt.

7.3.2 Overzicht omgevingssensoren De omgevingssensoren betreffen de metingen die gedaan worden van buitenaf. Deze hebben geen invloed op het lichaam. Deze omgevingssensoren worden (behalve de radio/bluetooth) niet verwerkt in het sensorshirt, omdat deze sensoren geen meerwaarde hebben voor het shirt. Gezien het feit dat deze sensoren in eerst instantie wel een optie waren tijdens de vergaderingen met de Universiteit Twente en het Kenniscentrum Design en Technologie, zijn de omgevingssensoren hieronder nog wel benoemd en wordt er kort beschreven welke functie(s) deze sensoren heeft/hebben. Camera Met een camera als sensor is het makkelijk om bepaalde beelden te zien voor een derde persoon op afstand. Bovendien zijn de beelden op te nemen voor later gebruik. Dergelijke camera’s kunnen gebruikt worden als sensor om bijvoorbeeld een actuator (zie paragraaf 7.8) aan te zetten. Een voorbeeld is dat er door beweging, licht aan gaat en daardoor gealarmeert kan worden.

Sensorshirt

Pagina 46 van 93

Gassensoren Wanneer men zich in een gebied bevindt met (mogelijke) gevaarlijke gassen, is het van belang dat er sensoren alarmeren wanneer het daadwerkelijk gevaarlijk is voor deze persoon. Er zijn veel verschillende soorten gassen waarbij de hoogtes bij elke gas weer anders is. Het is daarom belangrijk dat er meerdere sensoren op meerdere hoogtes worden geplaatst om elke gas te kunnen herkennen en opsporen. Geluidssensor/microfoon Met de geluidssensor worden er geluiden opgevangen van buitenaf. In deze scriptie wordt er alleen een geluidssensor als fysiologische sensor gebruikt. Deze sensor kan dus bijvoorbeeld de klopping van het hart horen en de ademhaling. De geluidssensor voor de omgeving kan alleen geluiden van buitenaf ontvangen en dus geen lichaamsmetingen kunnen doen. Lichtsensor Er zijn veel soorten lichtsensoren. Zo kan er van bepaalde lichten de intensiteit worden gemeten, maar ook de beweging waardoor er licht aan gaat vanuit de sensor. Deze soort sensor is daarom vanuit meerdere aspecten te bekijken. Vochtigheidssensor De vochtigheid in de omgeving van een persoon kan worden gemeten door sensoren te plaatsen op de buitenkant van (werk)kleding. Wanneer de vochtigheid te hoog is in een bepaalde ruimte, zal de mens blijvende letsel overhouden aan het ademhalingsstelsel. Dat komt door het ontstaan van schimmels en huisstofmijt.(80)

7.4 Uiteindelijke selectie sensoren shirt Naar aanleiding van de verzamelde informatie over de speerpunten (oververhitting, oververmoeidheid en uitdroging), indicatoren en sensoren, is er een lijst gemaakt met de sensoren die commercieel verkrijgbaar zijn om de speerpunten te kunnen meten. Hieruit is wederom een keuze gemaakt van sensoren die gezamelijk het beste geïmplementeerd kunnen worden in het sensorhirt. De sensoren vormen de meest optimale combinatie voor de meting van de speerpunten. De sensoren zijn te vinden in tabel 11. De specifieke sensoren worden onderbouwd in paragraaf 7.5 Ook de sensoren die niet zijn gekozen worden onderbouwd in paragraaf 7.6.

Sensorshirt

Pagina 47 van 93

Sensor benaming

Doeleind

Accelerometer

Bewegingssnelheden meten

Geluid/microfoon

Geluiden opvangen/uitzenden

Gyroscoop

Beweging meten (hoeksnelheden)

GPS

Positie bepalen

Stretchband

Ademhaling

Temperatuursensor (huid)

Huidtemperatuur meten

Temperatuursensor (lichaam)

lichaamstemperatuur meten

Tabel 11: Definitieve selectie sensoren.

7.5 Onderbouwing geselecteerde sensoren Om duidelijk te weergeven waarom er is gekozen voor welke sensor, is er per sensor een onderbouwing beschreven. Acceleratometer en gyroscoop (fysiologische sensoren) In de vergaderingen met de Universiteit Twente en het Kenniscentrum Design en Technologie (zie bijlage 1 en 2) is vastgesteld dat de sensoren accelerometer en gyroscoop samen kunnen werken om de hartslag te meten. Na enig onderzoek op internet en tijdens deze vergaderingen is naar voren gekomen dat deze twee sensoren er uiteindelijk voor kunnen zorgen dat alledrie de speerpunten kunnen worden achterhaald (oververhitting, oververmoeidheid en uitgedroogd). In combinatie met de sensor geluid worden deze speerpunten eerder herkend (zie meer informatie over de geluidssensor verderop in deze paragraaf). De accelerometer in combinatie met de gyroscoop werkt als volgt. Door een accelerometer en een gyroscoop zijn de bewegingsnelheden te meten. Door deze samen te laten werken, is de hartslag te meten. Door de hartslag te meten, is te herkennen of iemand gestrest of vermoeid is. Daarnaast wordt de tempo van bewegingen weergegeven van de persoon in kwestie, de drager van de sensor. Daaruit blijkt of deze persoon nog voldoende energie heeft voor de betreffende activiteit en eventueel opvolgende activiteiten. De sensoren werken als volgt. Door signalen op te vangen (zie voorbeeld figuur 8), ofwel metingen uit te voeren, en te analyseren, kunnen de hartslag en de ademhaling worden berekend.(81)

Figuur 8: Signalen accelerometer. Sensorshirt

Pagina 48 van 93

Dit kan alleen wanneer de sensoren bij het hart geplaatst worden, omdat dan alleen een nauwkeurige meting plaats kan vinden. Om deze redenen is er gekozen om de sensoren te plaatsen bij het hart. Medisch gezien houdt de arts de stethoscoop ook bij het hart. Door middel van deze plaats zijn er ook andere geluiden te horen (ruis), wat kan duiden op beschadigde hartkleppen.(82) De sensoren zullen dit ook oppikken (naast de hartslag zelf) wanneer dit bij toeval optreedt en alarmeren gelijk. Beide sensoren worden ook geplaatst op de heup voor de bewegingen van de persoon in kwestie. Dit is om te zien hoe actief deze persoon is op het moment van bijvoorbeeld een training of tijdens brandbestrijding. In een interview met dhr. R. Evering (zie bijlage 1 en 2) is er aangegeven dat het ‘midden massa punt’ (zie uitleg in paragraaf 7.3.1-accelerometer) zich bevindt op de heup. Om deze metingen precies uit te voeren is dus de beste plek om de sensor te plaatsen, de heup. Geluidssensor/microfoon (fysiologische sensor) De geluidssensor kan veel waarnemen, zoals geluid van het hart en het geluid van de longen. De sensor wordt dicht bij het hart geplaatst, om goed te horen hoe het hart en de longen functioneren. Hierdoor is ook het ademen van de persoon in kwestie te vernemen. In samenwerking met de accelerometer en de gyroscoop, wordt er een precieze meting gedaan van het hart en het ademhalen. Met deze meting is te vernemen of de brandweer of sporter in kwestie oververhit, oververmoeid of uitgedroogd is. GPS (fysiologische sensor) In een gesprek dat heeft plaatsgevonden tijdens dit onderzoek met dhr. J. Jansen (zie bijlage 4), is gebleken dat GPS ontbreekt in het brandweerpak. Deze GPS-sensor wordt gemist, omdat er in veel gevallen collega’s niet van elkaar weten waar zij zijn. Bijvoorbeeld tijdens een grote brand kan GPS heel handig zijn om elkaar uit een benarde situatie te halen. Daarnaast is er aangegeven in het interview bij het Trainingscentrum van FC Twente (zie bijlage 4), dat de samenwerking van GPS met hartslag metingen een meerwaarde heeft voor de sporters tijdens trainingen. Door deze meting is namelijk te herkennen wanneer de sporter fit of vermoeid is (zie meer informatie in pargraaf 7.2-oververmoeid). Op dit moment is er nog geen GPS die een zeer nauwkeurige meting kan uitvoeren. Dit komt, omdat GPS geen diepte verschillen kan zien, bijvoorbeeld verschil in etages van een gebouw. Een GPS-ontvanger ontvangt signalen van satellieten die om de aarde draaien en berekent daaruit het plek waar je bent. De nauwkeurigheid van de positie bedraagt 5 tot 15 meter. De hoogte is veel minder nauwkeurig te bepalen.(83) Daarom zou deze sensor ongeschikt zijn voor hoge gebouwen met meerdere etages, maar kan door goede communicatie wel van pas komen. Zo is namelijk via de radio te horen op welke etage bijvoorbeeld de brandweerman

Sensorshirt

Pagina 49 van 93

zich bevindt en door GPS is dan te zien op welke plek hij/zij is op dat moment. Kortom; voor een goede werking van de GPS, zal deze sensor moeten samen werken met de radio. Stretchband (fysiologische sensor) In samenwerking met de accelerometer en de gyroscoop, zal de stretchband meewerken aan het meten van de hartslag. Ook meet de stretchband de ademhaling, door het stretchgaren. Vanwege het feit dat de band zeer veel stretchgaren bevat, zal deze alsnog comfortabel aanvoelen. Om zoveel mogelijk sensoren vrijwel op of direct naast het hart te plaatsen en te laten samenwerken, is er zo een zeer betrouwbare meting te behalen. Dus daarom moet de stretchband direct onder de borstkas worden geplaatst. Doordat de ademhaling en de hartslag te meten is met deze band, is te zien of men oververhit, oververmoeid of uitgedroogd is. Temperatuursensor (huid) (fysiologische sensor) Deze temperatuursensor is gekozen om het feit dat voornamelijk de brandweer in extreem warme situaties terecht kan komen. Doordat de temperatuur van de huidoppervlakte wordt gemeten, kan de brandweer op tijd worden gealarmeert wanneer de hitte daadwerkelijk invloed heeft op het lichaam. De sensor wordt geplaatst bij de nek. Zo zit de sensor niet in de weg voor een eventuele rugzak/zuurstoffles. Gevolgen van de hitte kunnen vermoeidheid, oververhitting en uitdroging veroorzaken. Ook minder alert zijn, is een gevolg. Uiteindelijk is met deze sensor te meten of iemand oververhit is. Temperatuursensor (lichaam) (fysiologische sensor) Tijdens de interviews met dhr. J. Jansen en dhr. G. Wermink (zie bijlage 4) is aangegeven dat er een temperatuursensor gewenst wordt die de lichaamtemperatuur meet van het lichaam. Om deze reden is gekozen om een sensor te plaatsen in het shirt. Om een betrouwbare meting uit te voeren, wordt de sensor geplaatst onder de oksel. De oksel staat wel meer bloot aan uitwendige omstandigheden, maar kan alsnog een betrouwbare meting uitvoeren. Dit komt omdat de oksel de warmte afgeeft van de lichaamstemperatuur. Dat kan alleen als de sensor dicht op de huid zit.(84) In dit geval is dat ook zo, omdat het sensorshirt strak om het lichaam komt te zitten. Op deze manier komt de sensor in de holte van de oksel te zitten en kan deze sensor een nauwkeurige meting uitvoeren. Net als de temperatuur sensor op de huid, is bij deze sensor te meten of iemand oververhit is.

Sensorshirt

Pagina 50 van 93

7.6 Onderbouwing afgevallen sensoren In deze paragraaf worden de afgevallen sensoren onderbouwd. Camera (omgevingssensor) Deze sensor valt onder omgeving sensoren. Vanwege het feit dat het shirt alleen de fysiologische factoren gaat meten, zal de camera niet worden verwerkt in het shirt. ECG (fysiologische sensor) De ECG meet de activiteit van de hartspier. Om dit te meten is absolute nauwkeurigheid van toepassing. Net als de EMG, worden bij deze meting elektroden gebruikt. Deze zitten op het lichaam bevestigd die met een snoertje bevestigd zijn aan de sensor om de meting op te vangen en te registreren. De comfort zal hierdoor dalen. Daarom is besloten de ECG niet te implementeren in het shirt. EMG (fysiologische sensor) Deze sensor kan de spierspanning meten. Met de wijze van meten wordt de daadwerkelijke meting moeilijk en bijna onmogelijk. Het is een precieze meting, waarbij de elektroden op dezelfde plaats moeten blijven zitten als in het begin wanneer deze op de huid worden bevestigd. Wanneer de elektroden verschuiven is het niet mogelijk om goede resultaten te laten zien. Daarnaast wordt de comfort van het shirt verminderd door de elektroden. Het kan zelfs zijn dat het de werkzaamheden beïnvloedt, omdat de sensor met elektroden irriterend kan werken. Daarom is besloten de EMG niet te implementeren in het shirt. Geluidssensor/microfoon (omgevingssensor) Deze sensor valt onder omgevingssensoren. Vanwege het feit dat het shirt alleen de fysiologische factoren gaat meten, zal de geluidssensor niet worden verwerkt in het shirt. Lichtsensor (omgevingssensor) Deze sensor valt onder omgevingssensoren. Vanwege het feit dat het shirt alleen de fysiologische factoren gaat meten, zal de lichtsensor niet worden verwerkt in het shirt. pH-waarde (fysiologische sensor) Met de pH-waarde is te herkennen of iemand vermoeid of uitgedroogd is. Het is erg gevaarlijk bij extreme omstandigheden, zoals branden blussen en heftige trainingen, om één van deze twee klachten te ervaren. Wanneer een werknemer bezig is om zijn of haar werk uit te voeren, wordt er middels deze sensor aangegeven of het nog veilig is voor deze persoon om door te gaan met de betreffende werkzaamheden. Er zal gealarmeert worden wanneer de

Sensorshirt

Pagina 51 van 93

drager van de sensor onder of boven het minimum of maximum komt. Het minimum en het maximum worden bepaald door de pH-waarde. Door middel van het zweet wordt de persoon in kwestie gemeten. Er is tot op heden geen pH sensor die compact is. Daarnaast is er een bepaalde bevestiging nodig om de sensor te laten verbinden met de actuatoren. Deze bestaat niet. Om deze reden kan de pH sensor niet worden geïmplementeerd in het shirt. SpO2 (fysiologische sensor) Met deze sensor is de zuurstof van het bloed te meten. Bij de vergaderingen met de Universiteit Twente en het Kenniscentrum Design en Technologie is verteld dat er geen compacte sensor beschikbaar is. Er zal moeten worden gemeten via een oor of via een vinger. Deze is bevestigd aan de sensor door middel van een snoertje. Dit zal ten koste gaan van de comfort. Om deze reden is er niet gekozen voor de sensor spO2. Vochtigheidssensor (omgevingssensor) Deze sensor valt onder omgevingssensoren. Vanwege het feit dat het shirt alleen de fysiologische factoren gaat meten, zal de vochtigheidssensor niet worden verwerkt in het shirt.

7.7 Communicatie In het sensorshirt worden ook communicatiemiddelen gebruikt. Dit is om te zorgen voor de communicatie tussen meerdere doeleinden (zoals de bevelvoerder die moet blijven communicaren met de brandweermannen). Radio/bluetooth Tegenwoordig wordt bluetooth veelal gebruikt voor en door smartphones. Zo kan er informatie worden ontvangen door middel van de connectie die is gelegd met de zender op een hoge frequentie. Dit alles door middel van een microchip die bevestigd zit in het bluetooth apparaat. Wanneer er tussen de apparaten data wordt verzonden, lopen deze apparaten over 79 frequenties. Dat wil zeggen dat ze in een heel snel tempo over de frequenties heen schieten. Zo wordt er voorkomen dat een ander bluetooth apparaat ook deze zelfde data kan opnemen. Bluetooth heeft twee typen verbindingen; point to point en multipoint. Bij point to point kan een apparaat naar meerdere bluetooth apparaten data verzenden, maar niet tegelijk en bij een multipoint kan dat wel.(85) Door bluetooth te gebruiken in het shirt zal er informatie kunnen worden verzonden en ontvangen. Er is aangegeven tijdens de interviews van dhr. J. Jansen en dhr. G. Wermink (zie bijlage 4) dat GPS een meerwaarde heeft voor hun beroep. Door bluetooth te gebruiken zal de informatie die zij nodig hebben (brandweer, plaats waar de persoon zich bevindt; trainingscentrum, conditie in combinatie met plaats waar de persoon zich bevindt), snel Sensorshirt

Pagina 52 van 93

kunnen worden bekeken door een derde persoon. Door deze snelle kijk op zaken, kan er snel worden gehandeld wanneer nodig. Door de radio te plaatsen is er communicatie met derden mogelijk. In het voorbeeld van het gebruik van de GPS, kan het zeer belangrijk zijn om de precieze locatie aan te geven van een persoon. Ook voor overige communicatie onderling is de radio een meerwaarde voor het shirt.

7.8 Actuator Nu de sensoren zijn bepaald, moeten de actuatoren worden vastgesteld samen met het energietoevoer. Een actuator is een toestel dat signalen opvangt (van de sensoren) en daardoor de omgeving (personen) kan beïnvloeden. De werking van een actuator is het tegengestelde van een sensor. Een sensor zal de omgeving waarnemen en zijn bevinden versturen, een actuator maakt gebruik van dat signaal van de sensor om zijn omgeving te beïnvloeden. Deze beïnvloeding kan onder andere geluid of trilling zijn.(86) Het sensorshirt zal gebruik maken van trilling. Via trilling kan dit apparaatje laten merken aan de persoon in kwestie of bijvoorbeeld de hartslag te hoog is. Dit werkt als volgt. De sensoren die zijn geïmplementeerd in het shirt zorgen voor de meting. Van te voren wordt er op de persoon getest. Dat wil zeggen dat eerst de basiswaarden (en tegelijkertijd de grenzen) worden vastgesteld per persoon, per shirt. Dat moet gebeuren als een persoon voor het eerst het shirt aantrekt. Van daaruit kan er namelijk worden bepaald of iemand boven of onder deze waarden gaat zitten (bijvoorbeeld hoge hartslag) tijdens bepaalde activiteiten. Wanneer iemand boven of onder deze waarden zitten, zal de actuator gaan trillen. Dan geeft deze dus aan dat de grens is bereikt. Hierbij zijn de geleidende garens als connector heel belangrijk. Deze zullen namelijk de stroom vanuit de batterij met elkaar laten verbinden. Ook de batterij zit dus aan het geleidend garen verbonden. In paragrafen 8.2 en 8.3 wordt daar meer over verteld. In figuur 9 is te zien hoe de werking is tussen de sensoren en actuatoren.

Input •Sensoren

Verwerking •Geleidend garen

Output •Actuatoren

Figuur 9: Werking tussen de sensoren en actuatoren.

Sensorshirt

Pagina 53 van 93

7.9 Lineaire actuator Als actuator wordt er trilling gebruikt. Trilling valt onder de lineaire actuatoren.(87) In het geval van de brandweer is gebleken dat het tijdens een brand onhandig is wanneer er bijvoorbeeld met licht wordt gewerkt. Bij hevige rookontwikkeling is licht bijna onzichtbaar en daarnaast kan het de werkactiviteiten beïnvloeden. Door trilling te gebruiken voelen de brandweer en de sporter direct wanneer de sensoren te hoge of te lage waarden meten. Daarnaast beïnvloedt de trilling de werknemers niet. De actuator die verwerkt zal worden in het shirt, is een piëzo actuator. Een piëzo-elektrische actuator is een apparaat dat elektrische energie direct omzet in een lineaire beweging (duwende en trekkende beweging) met behulp van een medium om digitale gegevens op te bewaren.(88) Een piëzo-elektrische actuator is zeer efficiënt, heeft een hoge positioneernauwkeurigheid en slijt niet.(89) Nog meer voordelen van de piëzo actuator(90): •

Zeer precieze beweging

•

Compact

•

Grote kracht

•

Laag energieverbruik

•

Snelle reactietijd

•

Geen magnetische storingen

De keuze van de piëzo actuator is bepaald tijdens vergaderingen met de Universiteit Twente en het Kenniscentrum Design en Technologie. Tijdens deze vergaderingen (zie bijlage 1 en 2) is er besloten dat de piëzo actuator de beste actuator voor het shirt is. Dit komt omdat deze klein en krachtig is en makkelijk te implementeren is in het shirt.

7.10 Energietoevoer Om de sensoren en actuatoren optimaal te laten werken, is er energietoevoer nodig. In dit geval wordt er gebruik gemaakt van twee batterijen. Deze batterijen worden ook gebruikt voor de iPod. De naam betreft: ‘Li Ion Battery’. De lithium-ion batterijen hebben een hogere vermogensdichtheid (geeft aan hoeveel vermogen, een batterij per gewichts- of volumeeenheid kan leveren) dan een op nikkel gebaseerde batterij. Lithium is namelijk gemaakt van een licht materiaal en heeft een langere levensduur. Een voordeel van deze batterij is dat de batterij op te laden valt wanneer dat nodig is, zonder dat het volledig is opgeladen of ontladen is. De meeste lithium-ion batterijen maken gebruik van de capaciteit om, in dit geval de sensor snel op te laden tot 80%, daarna loopt het over tot de zogenaamde ‘druppellading’. Dan loopt de batterij langzamer vol. Alle lithium-ion batterijen kunnen een groot, maar een eindig aantal keren opgeladen worden. Het kan uiteindelijk voorkomen dat de batterijen vervangen moet worden.(91) De Li-Ion batterijen die worden gebruikt voor het sensorshirt

Sensorshirt

Pagina 54 van 93

zijn de oplaadbare batterijen, 900mAH (capaciteit batterij) met een voltage van 3~4V voltage (elektrische spanning).(92)

7.11 Conclusie In onderstaande tabellen staat beschreven hoe van de speerpunten (oververhitting, oververmoeidheid en uitdroging) naar de sensoren is gewerkt. Bovenaan staan de speerpunten,

gevolgd

door

de

indicatoren

(hartslag,

ademhaling,

huid-

en

lichaamstemperatuur en locatie persoon). Daarna worden de sensoren (accelerometer, gyroscoop, geluid, stretchband, huid- en lichaamstemperatuur en GPS) genoemd die behoren tot de indicatoren. De piëzo actuator wordt in het shirt twee keer geïmplementeerd. Dit is voldoende om de persoon in kwestie te laten alarmeren. Om deze redenen is de piëzo niet verwerkt in de tabellen hieronder, net zoals de batterijen. De GPS wordt in elk schema toegevoegd om de reden dat deze sensor voor elke meting van belang is ter ondersteuning van alle speerpunten.

Over verhitting

Hartslag

Accelero meter

Gyroscoo p

Huid- en kern

Adem

Locatie Persoon

temperatu ur

haling

Geluid

Geluid

Stretch

Tempera

Tempera

sensor

sensor

band

tuur huid

tuur kern

GPS

Tabel 12: Oververhitting.

Sensorshirt

Pagina 55 van 93

Tabel 13: Oververmoeidheid.

Tabel 14: Uitdroging.

De piëzo-actuatoren worden dus wel in het sensorshirt verwerkt. Deze actuator zorgt voor trilling wanneer er te hoge of te lage waarden wordt gemeten. De trilling beïnvloedt de werknemers en sporters niet. Om de sensoren en actuatoren te laten werken worden er twee oplaadbare Li-Ion batterijen in het shirt geïmplementeerd met een batterij capaciteit van 900mAH en een elektrische spanning van 3~4V voltage.

Sensorshirt

Pagina 56 van 93

8. Design sensorshirt In dit hoofdstuk wordt beschreven hoe het shirt er uiteindelijk uit komt te zien. Van de vorm van het shirt tot aan de plaatsing van de sensoren. De functies van het shirt zijn in meerdere aspecten te bekijken. Enerzijds de sensoren (zie hoofdstuk 7) die het lichaam zullen meten en bewaken, anderzijds het shirt zelf door zijn textiele eigenschappen (hoofdstuk 6). De combinatie en implementatie van deze aspecten van het sensorshirt worden besproken in dit hoofdstuk.

8.1 Maten van het shirt Voor het huidige prototype is een shirt ingekocht dat afkomstig is van Perry Sport. Het betreft een zwart thermo shirt, maat M, van het merk Kraft. Deze bestaat uit 100% polyester. Het shirt is strak en sluit aan op het lichaam. De voorlengte is 68,5 cm (vanaf de hals gemeten) en de achterlengte is 80,5 cm (vanaf de achterkant van de hals). Beide lengtes zijn gemeten over de lengte in het midden van het shirt. De borst- en tailleomvang zijn 28 cm. Dit zijn metingen wanneer het shirt niet gedragen wordt. De hals is 32 cm. De mouwen zijn er ingezet (raglan mouwen). Er loopt dan een schuine naad van de okselholte tot aan de halskraag. De armlengte is 32,5 cm lang. Over het gehele shirt lopen ingebreide banen. Dit zorgt voor extra elasticiteit. Zie figuur 10 voor het totale shirt met alle afmetingen.

Figuur 10: Afmetingen sensorhirt.

Sensorshirt

Pagina 57 van 93

8.2 Lijst met benodigdheden In deze paragraaf worden alle overige benodigdheden voor het sensorshirt beschreven, zoals drukknopen. Om de sensoren te bevestigen op het shirt zijn er drukknopen nodig. Samen met de Universiteit Twente en het Kenniscentrum Design en Technologie (zie bijlage 1 en 2) zijn er brainstorms gehouden over het aantal drukknopen. Tot op heden is dit nog niet bekend. Dit komt, omdat er nog een prototype gemaakt moet worden. Wanneer deze wordt gemaakt, wordt er gekeken naar het aantal drukknopen. De ene kant van de drukknoop zal aan het shirt worden gestikt met de geleidende garens. De andere kant van de drukknoop, zal worden gesoldeerd aan het printplaatje waarop de sensoren en actuatoren zijn bevestigd. In paragraaf 8.3 wordt er uitgebreid beschreven op welke manier de drukknopen worden bevestigd. Net als de drukknopen, is er nog niets bepaald over het aantal geleidende garens. Dit wordt ook pas bekend tijdens het maken van het sensorshirt. Er zullen wel genoeg geleidende garens moeten worden verwerkt in het shirt om de sensoren en actuatoren te laten werken en meten. De geleidende garens worden geleid naar de ‘hoofd PCB’ (ook wel printplaatje genoemd, zie paragraaf 8.3). De ‘hoofd PCB’ is het plaatje dat bij de borstkas zit (zie figuur 14). Dit printplaatje bevat de volgende sensoren en actuatoren: •

Accelerometer

•

Gyroscoop

•

Bluetooth/radio

•

Geluidssensor

•

GPS

•

Piëzo

De batterijen zijn bevestigd onder aan het shirt zodat alle energie (elektrische spanning) geleid wordt via de geleidende garens naar de ‘hoofd PCB’ bij de borstkas. Alle geleidende garens worden daar naartoe bevestigd, zodat alle elektrische spanning gecentreerd kan worden in het midden van het lichaam. Daar zitten tenslotte ook de meeste sensoren en actuatoren. Het is namelijk zo, dat hoe langer het geleidend garen is, hoe zwakker het signaal wordt.

Sensorshirt

Pagina 58 van 93

Sensor

Aantal sensoren

Voorkant of achterkant shirt

Plaats sensor

Accelerometer

2

Voorkant (beide)

Hart/heup

Batterij

2

Voorkant

Heup

Bluetooth/radio

1

Voorkant

Borstkas

Geluidssensor

1

Voorkant

Hart

GPS

1

Voorkant

Borstkas

Gyroscoop

2

Voorkant (beide)

Hart/heup

Piëzo

2

Voorkant

Borstkas

Stretchband

1

Voorkant

Borstkas

Temperatuursensor (huid)

1

Achterkant

Nek

Temperatuursensor (lichaam)

1

Voorkant

Oksel

Tabel 15: Lijst van benodigheden.

8.3 Bevestiging De sensoren, actuatoren en batterij worden allemaal op het shirt bevestigd door middel van drukknopen op het shirt en een PCB (Printed Circuit Board)plaatje ofwel een printplaatje. Een printplaatje is een plaatje waarop

een

sporenpatroon

(netwerk

van

gedrukte

bedrading) met spotjes (soldeergaatjes) is aangebracht en aan de buitenkant van het shirt wordt geplaatst. Het doel van een printplaatje is dat er heel precies sensoren op kunnen worden gemonteerd door middel van het solderen ervan.(93) Zie figuur 11. Om dit printplaatje te bevestigen op het shirt is er voor drukknopen gekozen, om de reden dat te allen tijde de sensoren en actuatoren eraf moeten kunnen

Figuur 11: Printplaatje met

worden gehaald. Het shirt moet namelijk gewassen worden

soldeergaatjes.

en de componenten (sensoren en actuatoren) zijn niet bestand tegen (heet) water. De geleidende garens kunnen daarentegen wel tegen water en kunnen gewassen worden. De drukknopen hebben een diameter van 8 mm en passen op de apparaten. De dikte van de drukknopen is 3 mm. De ene kant van de

Figuur 12: Voorbeeld flexibel printplaatje.

drukknoop zal aan het shirt worden gestikt met het geleidend garen. De andere kant van

de drukknoop, zal

worden

gesoldeerd aan het printplaatje waarop de sensoren en

actuatoren zijn bevestigd. Zo zitten beide kanten stevig aan het shirt en/of de apparaten en zullen uiteindelijk voor een comfortabele en stevige basis zorgdragen. In figuur 13 is een voorbeeld te zien van de dikte van het shirt (0,5 mm) samen met de drukknopen (1 en 2 mm) en het printplaatje (3 mm). De sensoren zitten bevestigd op een printplaatje. Het

Sensorshirt

Pagina 59 van 93

plaatje dat wordt gebruikt voor het sensorshirt plaatje is flexibel (zie voorbeeld figuur 12) en zal dus comfortabel aanvoelen tijdens het dragen van het shirt. Bij elkaar neemt de dikte van het sensorshirt met 6 mm toe.

Figuur 13: Bevestiging shirt en printplaatje. Omdat sensoren soms niet bestand zijn tegen wrijving van de kleding die erboven wordt gedragen (bijvoorbeeld het brandweerpak), is er voor gekozen om een zakje (van dezelfde stof als het shirt) over het printplaatje met sensoren te stikken. Zo kunnen alsnog de sensoren makkelijk worden verwijderd en er weer opgezet worden, maar zullen deze tijdens bepaalde activiteiten van de drager er minder snel af vallen door schuring, stoten etc. Dit zakje zit om het printplaatje heen gestikt aan het shirt vast. In totaal komen er twee printplaatjes en dus ook twee zakjes. Printplaatje 1 (borstkas): •

Accelerometer

•

Gyroscoop

•

Bluetooth/radio

•

Geluidssensor

•

GPS

•

Piëzo

Figuur 14: Printplaatje 1.

Sensorshirt

Pagina 60 van 93

Printplaatje 2 (onderaan shirt): •

Batterijen (2 keer)

•

Accelerometer

•

Gyroscoop

Figuur 15: Printplaatje 2. De overige sensoren (temperatuursensor huid en temperatuursensor lichaam) worden op andere plekken bevestigd op het shirt (nek en oksel), zonder printplaatje.

8.4 Ontwerp sensorshirt Op het shirt zitten meerdere sensoren verdeeld. In hoofdstuk 7 is al aangegeven waarom welke sensoren gekozen zijn voor het shirt. Ook is er al aangegeven waar de sensoren, actuatoren en batterijen worden geplaatst. Na onderzoek en vergaderingen met de Universiteit Twente en het Kenniscentrum Design en Technologie (zie bijlage 1 en 2) is vastgesteld op welke plek de sensoren, actuatoren en de batterijen worden geplaatst op het shirt. In deze paragraaf wordt kort samengevat waar de sensoren, actuatoren en batterijen geplaatst worden op het shirt, en ook waarom. Dit is om het shirt, wat ook in deze paragraaf staat, afgebeeld te verduidelijken. De accelerometer en de gyroscoop zijn geplaatst bij het hart. Door signalen op te vangen, ofwel metingen uit te voeren, en te analyseren, kunnen de hartslag en de ademhaling worden berekend.(94) Beide sensoren worden ook geplaatst op de heup voor de bewegingen van de persoon in kwestie. Dit is om te zien hoe actief deze persoon is op het moment van bijvoorbeeld een training of tijdens brandbestrijding. De batterijen zijn geplaatst op de heup, omdat het plaatje daar vrij groot is en niet in de weg mag zitten tijdens zware activiteiten. Op de aangegeven plek zitten de batterijen niet in de weg en kan men nog vrij bewegen zonder last te hebben van de batterijen. De geluidssensor neemt onder andere geluid van het hart en het geluid van de longen waar. De sensor wordt dicht bij het hart geplaatst, om goed te horen hoe het hart en de longen functioneren. Hierdoor is ook het ademen van de persoon in kwestie te vernemen.

Sensorshirt

Pagina 61 van 93

De piëzo is de actuator op het shirt. Er zijn er twee van, die beide bij het hart worden geplaatst op het PCB plaatje. Er zijn twee piëzo actuatoren, omdat de drager dan beter voelt wanneer de actuator gaat trillen. Eén actuator is niet voldoende. De plek bij het hart is gekozen om de reden dat daar het borstbeen zit. In een interview met dhr. R. Evering (zie bijlage 1 en 2) is verteld, dat een tril-actuator beter te voelen wanneer het dicht bij een bot zit. Daar zit minder vet en wordt de trilling niet gedempt. De radio en bluetooth zijn beide geplaatst op het printplaatje bij de borst. Er is geen specifieke plek nodig om deze twee sensoren te plaatsen. Omdat de radio en bluetooth wel makkelijk geplaatst kunnen worden op het printplaatje, is daar voor gekozen. Om zoveel mogelijk sensoren vrijwel op of direct naast het hart te plaatsen en te laten samenwerken, is er een zo zeer betrouwbare meting te behalen. Dus daarom is de stretchband direct onder de borstkas geplaatst. Doordat de ademhaling en de hartslag te meten is met deze band, is te zien of men oververhit, oververmoeid of uitgedroogd is. De temperatuursensor van de huid wordt geplaatst in de nek, omdat de huid daar het heetst wordt door het hoofd en de nek. Vooral bij brandweermannen met hoofddeksel, zorgen de flappen van het hoofddeksel ervoor dat de nek erg warm wordt. Doordat de temperatuur van de huidoppervlakte wordt gemeten, kan de brandweer op tijd worden gealarmeerd wanneer de hitte daadwerkelijk invloed heeft op het lichaam. Door de sensor te plaatsen in de nek, kan deze niet in de weg zitten voor een eventuele rugzak/zuurstoffles. Om een betrouwbare meting uit te voeren van de lichaamstemperatuur, wordt de sensor geplaatst onder de oksel. Deze plek is een erkende plek om de temperatuur te meten van het lichaam. De oksel staat wel meer bloot aan uitwendige omstandigheden, maar kan alsnog een betrouwbare meting uitvoeren. Dit komt omdat de oksel de warmte afgeeft van de lichaamstemperatuur. Dat kan alleen als de sensor dicht op de huid zit. In dit geval is dat ook zo, omdat het sensorshirt strak om het lichaam komt te zitten. Op deze manier komt de sensor in de holte van de oksel te zitten en kan deze sensor een nauwkeurige meting uitvoeren.

Sensorshirt

Pagina 62 van 93

Voorkant shirt Het ontwerp van het sensorshirt wordt in figuur 16 en 17 afgebeeld. Figuur 16 is de voorkant van het shirt en figuur 17 de achterkant van het shirt. De centimeters wat betreft de afstanden is nog niet vastgesteld. De centimeters die bij deze afbeeldingen staan, zijn richtlijnen die bij het maken van het prototype wordt aangehouden. Deze afstanden kunnen dan ook altijd nog aangepast worden. In eerst instantie wordt er dus uitgegaan van deze afstanden. Daarom worden deze afstanden ook aangegeven in figuren 16 en 17. Ook wordt er per kleur aangegeven welke sensoren, actuatoren en batterijen het zijn. Op deze manier is meteen te zien waar de sensoren, actuatoren en batterijen geplaatst zijn op het shirt. De legenda’s staan naast beide figuren.

Figuur 16: Voorkant sensorshirt.

Sensorshirt

Pagina 63 van 93

Achterkant shirt

Figuur 17: Achterkant sensorshirt. .

8.5 Conclusie Het prototype van het sensorshirt is een maat M van het merk Kraft. Het shirt heeft raglan mouwen. Door de banen die over de lengte van het shirt zijn ingebreid is er extra elasticiteit gecreëerd. Er worden printplaatjes gebruikt om de sensoren, actuatoren en batterijen op te plaatsen. Op deze manier krijgen de sensoren en actuatoren voeding (doordat de geleidende garens eraan vast komen te zitten). Daarnaast is het handig dat alle sensoren en actuatoren op een printplaatje zitten, omdat het dan makkelijker is om de sensoren en actuatoren te kunnen verwijderen. Dit is bijvoorbeeld om het shirt te kunnen wassen. De printplaatjes worden aan het shirt bevestigd door middel van drukknopen. Eén kant van de drukknopen worden aan het printplaatje gesoldeerd. Er komen in totaal twee flexibele printplaatjes. Eén bij het borstbeen en één bij de heup. De andere kant van de drukknopen worden bevestigd aan het shirt door het vast te stikken met geleidende garens. Op deze manier is de voeding gelijk te verkrijgen, omdat de

Sensorshirt

Pagina 64 van 93

geleidende garens ook vanuit de batterijen komen. Zo kan de stroom geleid worden naar de sensoren en actuatoren. Het ontwerp is is te zien in figuur 18.

Figuur 18: Voor- en achterkant sensorshirt. Sensorshirt

Pagina 65 van 93

9. Conclusies en aanbevelingen In dit hoofstuk worden de conclusies en aanbevelingen van deze scriptie beschreven.

9.1 Conclusies De probleemstelling voor deze scriptie was als volgt: ‘Hoe kan een shirt met sensoren bijdragen

aan

de

veiligheid

(en

gezondheid)

van

werknemers

in

de

specifieke

beroepsvelden?’. In deze scriptie is een nieuw shirt ontwikkeld ter behoeve van de veiligheid door fysiologische factoren te meten. De doelgroepen waarvoor dit shirt is bedoeld, zijn de brandweerlieden en de sporters. Er zijn verschillende interviews afgelegd, waarin naar voren komt dat deze twee doelgroepen het meeste baat hebben bij het shirt. Daarnaast hebben het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente de benodigde kennis en faciliteiten om het shirt te ontwikkelen (zoals sensoren, actuatoren, batterijen en geleidende garens). Het shirt, met korte mouwen, zit strak om het lijf om op deze manier de sensoren zo dicht mogelijk op het lichaam te verkrijgen. Het shirt is van 100% polyester en heeft tegelijkertijd de werking van een thermoshirt. De sensoren die in het shirt worden geïmplementeerd zijn: •

Accelerometer

•

Geluidssensor

•

Gyroscoop

•

GPS

•

Radio/bluetooth

•

Stretchband

•

Temperatuursensor (huid)

•

Temperatuursensor (lichaam)

Om de drager van het sensorshirt te waarschuwen wanneer er een te lage of een te hoge meting wordt gemeten, is er een piëzo actuator geïmplementeerd. Deze actuator trilt wanneer de grens van de sensor metingen wordt overschreden. Om de sensoren en actuatoren in werking te zetten zijn er ook batterijen nodig. Dit zijn de oplaadbare Li-ion batterijen met een batterij capaciteit van 900mAH en een elektrische spanning van 3~4v voltage. Door middel van drukknopen worden de sensoren, actuatoren en batterijen bevestigd op het shirt. De drukknopen worden genaaid aan het shirt en gesoldeerd op een printplaatje. Op een printplaatje zitten alle sensoren (behalve de stretchband en beide temperatuursensoren), actuatoren en batterijen bevestigd. Dit printplaatje is flexibel. De flexibiliteit van het

Sensorshirt

Pagina 66 van 93

printplaatje is van belang, zodat dit plaatje mee kan buigen met het lichaam mee. Er worden er namelijk twee geplaatst; bij de borstkas en bij de heup. Om de stroom door het gehele sensorshirt te laten geleiden, zijn er geleidende garens in het shirt genaaid met een zigzagsteek voor extra flexibiliteit van het shirt. Het type geleidende garen is; Bekinox VN 12/2. Het is een getwijnd garen van roestvrij staal. Om terug te komen op de probleemstelling die aan het begin van deze conclusie werd beschreven, is er nu daadwerkelijk een nieuw shirt ontwikkeld met de sensoren die voor een groot deel de fysiologische factoren van een mens kan waarborgen.

9.2 Aanbevelingen In deze paragraaf worden aanbevelingen beschreven voor een vervolg onderzoek in de toekomst. De aanbevelingen zijn tot stand gekomen tijdens de uitvoering van het onderzoek. De aanbevelingen geven aan welke belangrijke onderdelen van het huidige onderzoek of vervolg onderzoek meer verdieping en verder uitwerking/onderzoek zouden moeten krijgen. In deze scriptie is een sensorshirt ontwikkeld. De volgende sensoren zijn geïmplementeerd in het shirt: •

Accelerometer

•

Geluidssensor

•

Gyroscoop

•

GPS

•

Radio/bluetooth

•

Stretchband

•

Temperatuursensor (huid)

•

Temperatuursensor (lichaam)

De volgende stap voor vervolgonderzoek voor het sensorshirt is onder andere het sensorshirt analyseren op de werking van de sensoren en of het prettig zit tijdens werkactiviteiten. Bijvoorbeeld; zit het shirt prettig? Zitten de sensoren niet in de weg en doen de sensoren het? Het shirt moet eerst geprogrammeerd worden en daarna getest worden. Dit testen kan op de brandweermannen en de sporters, maar ook op willekeurige mensen. Hoe meer testen er worden uitgevoerd, hoe beter. Op deze manier is namelijk te zien of geprogrammeerde sensoren, actuatoren en batterijen goede metingen doen. Ook de sensordata moet worden geanalyseerd. Er moet worden gekeken naar de indicatoren en

de

speerpunten.

Worden

daadwerkelijk

de

drie

speerpunten

(oververhitting,

oververmoeidheid en uitdroging) afgeleid uit de metingen? Er zal dan eerst een basismeting

Sensorshirt

Pagina 67 van 93

van de drager moeten worden gedaan om te kunnen weten wat de waarden zijn in ‘normale’ omstandigheden. Er kan dan worden bekeken of alle sensoren het naar behoren doen. Daarnaast moet er worden gekeken naar of het sensorshirt voldoet aan de wensen en eisen van de brandweer en de sporter. Na het testen van het shirt bij beide doelgroepen, kan er bijvoorbeeld een enquête worden afgelegd met meerdere dragers. Op deze manier kunnen alle wensen en eisen langs worden gegaan met betrekking tot het sensorshirt. Uit onderzoeken in deze scriptie (interviews, deskresearch) is gebleken dat uitdroging en oververmoeidheid gemeten kunnen worden met een pH sensor. Dat kan door het zweet te meten op pH waarden. Er kan namelijk worden gemeten in hoeverre het lichaam verzuurd is. Bij een te lage pH waarde kunnen bepaalde klachten ontstaan zoals darmklachten, slaapstoornissen en depressie.(95) Tot op heden bestaat er geen sensor die compact genoeg is voor het shirt. Daarnaast is voor het huidige sensorshirt, dat ontwikkeld is in deze scriptie, geen goede pH sensor dat een goed bevestigingspunt heeft. Hierdoor kan er geen meting plaatsvinden. De manieren waarop deze sensor bevestigd worden, kunnen niet worden aangesloten met de overige sensoren en actuatoren van het sensorshirt. De pH sensor zal daarentegen wel een meerwaarde hebben voor het sensorshirt en wordt daarom aanbevolen voor een nieuwe ontwikkeling van het sensorshirt voor de toekomst. Nu is het niet mogelijk om deze sensor te implementeren in het sensorshirt. Dit komt omdat de pH sensor te groot is voor het shirt en daardoor minder comfort biedt. Naast de meting van de pH waarde, kan een meting van het hart op langer termijn helpen bij de veiligheid van een werknemer of sporter. Tot op heden zijn er alleen metingen uit te voeren via elektroden. Dit kan de comfort negatief beïnvloeden. Om deze reden is er voor gekozen om de ECG sensor niet te implementeren in het sensorshirt. In recent onderzoek is er een hartslagmeter op de markt gebracht door MIO, genaamd Alpha. De technologie is afkomstig van Philips en mede ontwikkeld met hulp van InnoSportNL. In plaats van een borstband, is het een polsband met schermpje.

Deze

hartslagmeter

meet

de

ECG

nauwkeurig tijdens bijvoorbeeld hardlopen. De Alpha laat de gemeten gegevens zien via een display op het

Figuur 19: Alpha hartslagmeter.

polsbandje. Door deze hartslagmonitoring, kan de sporter zien wat zijn of haar uithoudingsvermogen is en of de training eventueel aangepast moet worden. De hartslagmonitoring is niet alleen handig voor sporters, maar speelt ook een rol in het dagelijks leven van mensen.(96) Het huidige sensorshirt dat in deze scriptie is ontwikkeld, is puur gebaseerd op dat alle sensoren worden geïmplementeerd in het shirt. Omdat de Alpha een polsband is en dus Sensorshirt

Pagina 68 van 93

niets te maken heeft met het shirt is er voor gekozen om deze niet te implementeren in het shirt. Toch kan deze hartslagmeter een meerwaarde hebben voor het shirt. De vraag is; ‘Hoe kan deze polsband ook samenwerken met het shirt?’. Deze aanbevelingen zijn belangrijk om te onderzoeken en eventueel wanneer mogelijk, uit te voeren. Dit kan in de toekomst worden gedaan door nieuwe afstudeerstudenten.

Sensorshirt

Pagina 69 van 93

Bronnenlijst Bronnen 1. Interview Mark Bus, Brandweer Twente 2 http://eft4ptss.nl/attachments/File/Politie__de_kosten_achter_een_hoog_risicoberoep.pdf 3https://www.politieacademie.nl/kennisenonderzoek/kennis/kennisdossiers/pw/Document s/26012012%20Artikel%20mentale%20weerbaarheid%20PKN.pdf 4 http://www.promat-hti.be/nl/algemeen.htm 5 http://www.arbokennisnet.nl/images/dynamic/Samenvatting/PSA/S_Werkdruk.pdf 6 http://bouwtrefpunt.nl/kennisbank/156-risicos-in-de-bouw.htm 7 http://www.stressuitdebouw.nl/stress/index.htm 8 http://www.bioweer.nl/gevaren-van-hardlopen-in-warm-weer.html 9 http://www.e-gezondheid.be/de-gevaren-van-voetbal/actueel/882#paragraphe1 10 http://www.trouw.nl/tr/nl/4324/nieuws/article/detail/1492279/2006/10/11/Nieuwbrandweerpak-waarschuwt-bij-oververhitting.dhtml 11 http://www.shesports.nl/artikel/119/pas-op-voor-oververhitting.html 12 http://brandweer.ede.nl/preventie/veilig-wonen/koolmonoxide/ 13 Interview dhr. J. Jansen. Werkzaam te Brandweer twente. 14 http://www.blessure-aanwijzer.nl/drinken.htm 15 Interview dhr. G. Wermink en dhr. J. Borghuis. Werkzaam te trainingscentrum FC Twente. 16 http://www.cjsm.vlaanderen.be/gezondsporten/training/theorie/overtraining.htm 17 http://www.shesports.nl/artikel/119/pas-op-voor-oververhitting.html 18 http://www.nen.nl 19 http://www.bedrijfskleding.com 20 http://www.havep.com/nl/bouw?gclid=CJ-D5pKcjq8CFVCt3godzVCuzg 21 http://www.havep.com/nl/industrie 22 http://www.olympicsports.nl/running_kleding.html 23 http://www.ipsobrandweer.be/brandweerpak 24 www.enprotex.eu/nl/Download-document/13-Technisch-Textiel.html 25 http://www.mkbservicedesk.nl/813/werkkleding-persoonlijke-bescherming.htm 26 http://www.safety-outfit.nl/_site/multinorm-kleding.html 27 http://www.olympicsports.nl/running_kleding.html 28 http://www.mascotshop.nl/ 29 http://www.havep.com/nl/industrie 30 http://www.unisafe.nl/files/Nomex%20brandweerpak%20nld.pdf 31 http://wetten.overheid.nl/BWBR0028831/geldigheidsdatum_30-06-2012 32 http://store.nike.com

Sensorshirt

Pagina 70 van 93

33 http://www.noobstore.com/mshirt-size.shtml 34 Verpakking thermoshirt, Perry Sport, Kraft 35 http://www.vaassen.net/Home/Textielonderzoek/Overzicht+testen 36 http://www.nen.nl/web/Normshop/Norm/NENEN-11032005-en.htm 37 http://www.vaassen.net/Home/Textielonderzoek/Overzicht+testen 38http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=418 77 39 http://www.nen.nl/web/Normshop/Norm/NENENISO-63302012-en.htm 40 http://www.vaassen.net/Home/Textielonderzoek/Overzicht+testen 41 http://www.nen.nl/web/Normshop/Norm/NENENISO-92371995-en.htm 42 http://www.vaassen.net/Home/Textielonderzoek/Overzicht+testen 43 http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=27920 44 http://www.vaassen.net/Home/Textielonderzoek/Overzicht+testen 45 http://www.nen.nl/web/Normshop/Norm/NENENISO-1294711999-en.htm 46 Clothing Technology, H. Eberle, H. Hermeling, M. Hornberger, R. Kilgus, R. Kupke, D. Menzer, A. Moll, W. Ring, 2008, Haan-Gruiter, Europa Lehrmittel. 47 http://www.status-moda.nl/stof-eigenschappen-i-35.html 48 http://kritischemassa.nl/kleding/132-materialenengrondstoffen/491-polyamide.html 49 http://www.fashionmania.nl/stoffen.html 50 http://www.infotalia.com/nld/in_balans/mode/basis/basis_detail.asp?id=3130 51 http://www.sjefholsken.nl/materialen/eigenschappen/index.html 52 http://www.carellurvink.nl/files/item/kcclhoofdstuk/1800800.pdf 53 http://www.infotalia.com/nld/in_balans/mode/basis/basis_detail.asp?id=3130 54 http://www.werkkleding.com/bedrijfskleding-kopen/tshirts/ice-sport-shirt-polyesterclique 55 http://www.werkkleding.com/bedrijfskleding-kopen/tshirts/ice-sport-shirt-polyesterclique 56 Clothing Technology, Polyester, H. Eberle, H. Hermeling, M. Hornberger, R. Kilgus, R. Kupke, D. Menzer, A. Moll, W. Ring, 2008, Pagina´s 36/37, Haan-Gruiter, Europa Lehrmittel. 57 Smart verslag; innovatie brandweerpak ‘Guardian’ 2011. Lianne Baltussen, Harmanda de boer, Birgit Zant, Stephanie Wiering 58 http://www.xslabs.net/papers/iffti07-berzowska-AQ.pdf 59 http://itp.nyu.edu/~kh928/sensorreport/Bekitex.pdf 60 http://www.shieldextrading.net/product_INDEX.html 61 http://itpedia.nyu.edu/wiki/117/17_2ply_Shieldex_Conductive_Thread 62 Conductive Yarns sheet, ing. E. Bottenberg 63 Conductive Yarns sheet, ing. E. Bottenberg 64 Verpakking thermoshirt, Perry Sport, Kraft Sensorshirt

Pagina 71 van 93

65 http://mens-en-gezondheid.infonu.nl/aandoeningen/80751-uitdroging-herkennenhoe-weet-je-of-iemand-is-uitgedroogd.html 66 http://www.ingelicht.be/symptomen-van-oververhitting-of-zonnesteek 67 http://www.ingelicht.be/symptomen-van-oververhitting-of-zonnesteek 68 http://www.ingelicht.be/symptomen-van-oververhitting-of-zonnesteek 69 http://www.hardloopschema.nl/?p=tools2&cat=hartslaggevorderd 70 http://www.ademnet.nl/vermoeidheid.html 71 Interview dhr. G. Wermink en dhr. J. Borghuis. Werkzaam te Trainigscentrum FC Twente. 72 http://www.gezondheid.be/index.cfm?fuseaction=art&art_id=8731 73 http://www.freescale.com/webapp/sps/site/overview.jsp?code=DRSNSAXLRTN 74 http://www.scientias.nl/blanke-zwemmers-en-getinte-sprinters-verklaard/12927 75 http://www.hartwijzer.nl/ECG.php 76 http://www.werkendlichaam.nl/10184/1/elektromyogram-emg.html 77 http://www.uns.nl/index.php?option=com_content&view=article&id=2&Itemid=3 78 http://www.bouwenaanleefbaarheid.nl/index.php/Zuurstofverzadiging_van_het_bloed 79 http://www.circadian.nl/ph-waarde/ 80 http://huis-en-tuin.infonu.nl/diversen/23132-vocht-in-uw-woning-een-gevaar-vooruw-gezondheid.html 81 Ir. K. Zhang, Promovendus, Universiteit Twente 82 http://www.kiesbeter.nl/medische-informatie/medische-encyclopedie/lichamelijkonderzoek/ 83 http://www.topoalbum.nl/Heights.htm 84 http://www.gezondheid.be/index.cfm?fuseaction=art&art_id=75 85 http://www.scholieren.com/werkstukken/2310 86 http://www.hoehetwerkt.nl/index.php/Actuator 87 http://www.materiaaltechnologie.nl/?p=178 88 http://www.physikinstrumente.com/en/products/piezo/index.php# 89 http://www.fmtc.be/downloads/Modeling&Control/Precisiepositionering/nl.htm 90 http://www.noliac.com/Files/Billeder/02%20Standard/Actuators/ Noliac_Actuators_datasheet.pdf 91 http://www.apple.com/batteries/ 92 Ir. K. Zhang, Promovendus, Universiteit Twente 93 http://www.esdsite.nl/terms/printplaatterm.html 94 Ir. K. Zhang, Promovendus, Universiteit Twente 95 http://mens-en-gezondheid.infonu.nl/ziekten/65448-verzuring-van-het-lichaamsymptomen-oorzaken-en-voeding.html 96 http://www.innosport.nl/nl/Projecten?pjId=66 97 http://www.havep.com/nl/bouw Sensorshirt

Pagina 72 van 93

98 http://www.havep.com/nl/industrie 99 www.nen.nl 100 http://www.bedrijfskleding.com 101 http://www.trouw.nl/tr/nl/4324/nieuws/article/detail/1492279/2006/10/11/Nieuwbrandweerpak-waarschuwt-bij-oververhitting.dhtml 102 http://brandweer.ede.nl/preventie/veilig-wonen/koolmonoxide/ 103 http://www.talk2myshirt.com/blog/archives/5668?utm_campaign= fromtwitter&utm_medium=twitter&utm_source=twitter 104 http://www.adidas.nl/Dames-Tennis-miCoach-PerformanceBra/X35882_480,nl_NL,pd.html 105 http://www.fitness-support.nl/adidas-team-jacket-p-428.html 106 http://www.biotex-eu.com/ 107 http://www.sensorenportal.com/HTML/DIGEST/P_485.htm 108 http://www.mobileappstart.com/shop/aanbiedingen/2Iphone+acc+iphone+accessories+cases/4-Tot+100+euro/608938617866 109 http://www.nuzakelijk.nl/innovatie/2708973/efficienter-werken-dankzij-mouwenmet-sensoren.html 110 http://www2.prnewswire.co.uk/cgi/news/release?id=169738 111 http://www.nanopublic.com/2006/05/sensatex-smartshirt-goes-beta.html 112 http://www.tno.nl/images/shared/overtno/magazine/ient_3_2006_10_11.pdf 113 http://www.proetex.org/ 114 http://www.ugent.be/ea/textiles/nl/projecten/afgelopen%20projecten/proetex.htm 115 http://www.nanosonic.com/80/17/product.html 116 http://www.centexbel.be/nl/projects/mediatic-textiel-met-geintegreerde-sensoren 117 http://www.tno.nl/content.cfm?context=thema&content=prop_case& laag1=893&laag2=915&laag3=107&item_id=1524 118 http://www.automatiseringgids.nl/nieuws/2012/14/3d-sensoren-populair-bij-sport 119 http://www.wearable.ethz.ch/research/groups/textiles 120 http://www.msnbc.msn.com/id/40796881/ns/technology_and_sciencetech_and_gadgets/t/new-fitness-apparel-will-sport-sensoren-microchips/ 121 http://www.smartex.it/ 122 http://www.cobouw.nl/nieuws/algemeen/2012/05/01/sensorkleding-waarschuwtvoor-gevaar-op-bouwplaats, 123 http://tweakers.net/nieuws/73040/onderzoekers-verweven-touchsensoren-innylondraden.html

Sensorshirt

Pagina 73 van 93

Figuren Tabel 1: Gevaren en risico’s brandweer (bron: eigen) Tabel 2: Risico’s brandweer (bron: eigen) Tabel 3: Eisen aan werkkleding per werksector (bron: zie eigen) Tabel 4: Voorbeelden van eigenschappen (bron: eigen) Tabel 5: Voorbeelden van grondstoffen (bron: eigen) Tabel 6: Programma van Eisen (bron: eigen) Tabel 7: Eigenschappen per grondstof (bron: eigen) Tabel 8: Basismetingen elektrische weerstand geleidende garens (bron: ing. E. Bottenberg) Tabel 9: Gemiddelde en spreiding basismetingen elektrische weerstand geleidende garens (bron: ing. E. Bottenberg) Tabel 10: Wasvoorschriften thermo shirt (bron: eigen) Tabel 11: Definitieve selectie sensoren (bron: eigen) Tabel 12: Oververhitting (bron: eigen) Tabel 13: Oververmoeidheid (bron: eigen) Tabel 14: Uitdroging (bron: eigen) Tabel 15: Lijst van benodigheden (bron: eigen)

Tabellen Figuur 1: Methoden van onderzoek (bron: eigen) Figuur 2: Emotio (bron: http://www.tno.nl/images/shared/overtno/magazine/ient_3_2006_10_11.pdf) Figuur 3: Tetrachannel en Hexachannel (bron: http://www.advancedfibres.eu/imatges/coolmax_grafic1c.jpg) Figuur 4: Coolmax werking (bron: http://www.advancedfibres.eu/imatges/coolmax_grafic1b.jpg) Figuur 5: Stappen van speerpunten naar actuatoren (bron: eigen) Figuur 6: Fysiologische en omgevingssensoren (bron: eigen). Figuur 7: Gyroscoop (bron: http://www.powerball-nederland.nl/powerball-informatie/34powerball-informatie/59-wat-is-een-gyroscoop) Figuur 8: Signalen accelerometer (bron: ir. K. Zhang, zie bijlage 1 en 2) Figuur 9: Werking tussen de sensoren en actuatoren (bron: eigen) Figuur 10: Afmetingen sensorhirt (bron: eigen) Figuur 11: Printplaatje met soldeergaatjes (bron: http://www.esdsite.nl/images/pcb1.jpg) Figuur 12: Voorbeeld flexibel printplaatje (http://www.embed.nl/images/thumb/d/da/Flexibele_PCB.jpg/107px-Flexibele_PCB.jpg) Figuur 13: Bevestiging shirt en printplaatje (bron: eigen)

Sensorshirt

Pagina 74 van 93

Figuur 14: Printplaatje 1 (bron: eigen) Figuur 15: Printplaatje 2 (bron: eigen) Figuur 16: Voorkant sensorshirt (bron: eigen) Figuur 17: Achterkant sensorshirt (bron: eigen) Figuur 18: Voor- en achterkant sensorshirt. (bron: eigen) Figuur 19: Alpha hartslagmeter (bron: http://www.innosport.nl/nl/Projecten?pjId=66) Figuur 20: Tennis performance bra (bron: http://www.talk2myshirt.com/blog/archives/5668?utm_campaign=fromtwitter&utm_mediu m=twitter&utm_source=twitter,) Figuur 21: Sensor ECG-systeem (bron: http://www.sensorsportal.com/HTML/DIGEST/august_09/P_485.pdf Figuur 22: Zeo Hoofdband (bron: http://store.apple.com/nl/product/H6824ZM/A/zeosleep-monitor?afid=p204%7C2082258&cid=OAS-EMEA-AFF) Figuur 23: iPhone weergave Zeo (bron: http://store.apple.com/nl/product/H6824ZM/A/zeosleep-monitor?afid=p204%7C2082258&cid=OAS-EMEA-AFF) Figuur 24: Mouwen met sensoren (bron: http://www.nuzakelijk.nl/innovatie/2708973/efficienter-werken-dankzij-mouwen-metsensors.html Figuur 25: Smartshirt (bron: http://www.nanopublic.com/2006/05/sensatex-smartshirtgoes-beta.html) Figuur 26: Emotio (bron: http://www.tno.nl/images/shared/overtno/magazine/ient_3_2006_10_11.pdf Figuur 27: Proetex kleding (bron: http://www.ugent.be/ea/textiles/nl/projecten/afgelopen%20projecten/proetex.htm) Figuur 28: EKGear NanoSonic™ (bron: http://www.nanosonic.com/80/17/product.html) Figuur 29: Xsens (bron: http://www.automatiseringgids.nl/nieuws/2012/14/3d-sensorenpopulair-bij-sport) Figuur 30: Smash shirt (bron: http://www.wearable.ethz.ch/research/groups/textiles) Figuur 31: Touchsensoren in nylondraden (bron: http://tweakers.net/nieuws/73040/onderzoekers-verweven-touchsensoren-innylondraden.html)

Sensorshirt

Pagina 75 van 93

Bijlage 1 Benoeming extern deskundigen Brandweer Twente •

Dhr. M. Bus

Afdelingshoofd Brandweerzorg. •

Dhr. J. Jansen

Brandweerman en verantwoordelijk voor de voorraad van alle kledingstukken (sportkleding tot aan brandweerpakken).

Trainingscentrum FC Twente •

Dhr. J. Borghuis

Verantwoordelijk voor revalidatie van patiënten en houdt zich bezig met testen op revalidatie patiënten. Deze testen kunnen bijvoorbeeld EMG testen zijn. Deze testen houden zich bezig met de conditie van de spieren en de zenuwen. Daarnaast is hij verantwoordelijk voor de beweging van de patiënten, nadat zij een blessure hebben opgelopen. •

Dhr. G. Wermink

Coördinator onderbouw en verantwoordelijk voor de fysieke training binnen de voetbalacademie. Kenniscentrum Gezondheid, Welzijn en Technologie •

Dhr. R. Evering MSc

Onderzoeker en docent. Kenniscentrum Design en Technologie •

Ing. E. Bottenberg

Junior onderzoeker. •

Ir. G. Brinks

Lector Smart Functional Materials. •

Dr. ir. H. Gooijer

Technical Project Manager bij TKT Technologisch Kenniscentrum Textielverzorging. •

Drs. ir. H. van Leeuwen

Lector Ambient Intelligence. •

Dr. ir. W.B. Teeuw

Lector Ambient Intelligence.

Sensorshirt

Pagina 76 van 93

Roessingh Research & Development •

Ir. C. Baten

Senior projectmanager. •

Dr. J. Reenalda

Bewegingswetenschapper. Technische Universiteit Eindhoven •

Ir. M. Ten Bhömer

PhD Student bij de Technische Univeristeit Eindhoven en interactie ontwerper bij Martijn ten Bhömer Interactief Ontwerp. •

Mevr. M. Toeters

Studenten coach op de Wearable Sense afdeling. Universiteit Twente •

Dr. ir. N. Meratnia

Assistent van de Pervasive Systems onderzoeksgroep op de afdeling computerwetenschappen. •

Prof. dr. P.J.M. Havinga

Hoogleraar en voorzitter van de Pervasive Systems onderzoeksgroep op de afdeling computerwetenschappen. • PhD

Ir. K. Zhang student

van

de

Pervasive

Systems

onderzoeksgroep

op

de

afdeling

computerwetenschappen in het SeaSTAR project. Dit is een project voor een platform voor onder water met behulp van draadloze sensoren.

Sensorshirt

Pagina 77 van 93

Bijlage 2 Benoeming brainstorms en vergaderingen Dinsdag 3 april 2012, 11.30uur. Vergadering met de personen van het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente. Deze vergadering ging over het begin van de ontwikkeling van het shirt. De bedoeling van het sensorshirt werd uitgelegd en daar werden ideeën over gecreëerd. Woensdag 11 april 2012, 14.00uur. Vergadering met de personen van het Kenniscentrum Design en Technologie en van de Roessingh Reasearch & Development afdeling. Vergadering over een samenwerking met elkaar. Ideeën over een sensorshirt werden besproken. Dit keer is de kant van het lichaam besproken. Wat kan er gemeten worden en wat is belangrijk om te meten? Woensdag 25 april 2012, 14.00uur. Vergadering met de personen van het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente. Deze vergadering ging over de vordering van het shirt. Alle mogelijke sensoren worden besproken. Donderdag 10 mei 2012, 14.00uur. Vergadering met de personen (behalve dr. ir. W. Teeuw) van het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente. Deze vergadering ging over de vordering van het shirt. Er is een beginnende selectie gemaakt van de sensoren. Maandag 21 mei 2012, 10.30uur. Vergadering met dhr. R. Evering van het Kenniscentrum Gezondheid, Welzijn en Technologie. In deze vergadering is besproken waar welke sensoren het beste geplaatst kunnen worden op het sensorshirt. Maandag 21 mei, 2012, 13.00uur. Telefooncontact met dhr. M. Bus van de brandweer Twente. Dit gesprek ging over de gevaren en risico’s van de brandweer.

Sensorshirt

Pagina 78 van 93

Woensdag 23 mei, 10.00uur. Vergadering met de personen (behalve dr. ir. W. Teeuw) van het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente. Deze vergadering ging over de vordering van het shirt. Vrijdag 1 juni 2012, 13.00uur. Bezoek aan de Universiteit te Eindhoven. Hier werd een rondleiding gegeven op de afdeling Wearable Sense door beide genoemde personen die in bijlage 1 zijn benoemd. Er werd uitgelegd welke ontwerpen daar zijn ontwikkeld en met welke materialen zij werken. Woensdag 13 juni, 9.00uur. Bezoek aan brandweer Twente. Er is informatie ingewonnen bij dhr. J. Jansen over risico’s en gevaren die zij tegenkomen tijdens hun werkzaamheden. Ook is er een rondleiding door het hele gebouw gegeven. Vrijdag 15 juni, 13.00uur. Bezoek aan Trainingscentrum FC Twente. Er is informatie ingewonnen bij beide genoemde personen in bijlage 1. Deze informatie ging over de risico’s en gevaren die sporters tegenkomen tijdens trainingen. Vrijdag 15 juni, 16.00uur. Vergadering met de personen (behalve dr. ir. N. Meratnia en dr. ir. W. Teeuw) van het Kenniscentrum Design en Technologie en de Universiteit Twente.

Deze vergadering ging

over de vordering van het shirt. Er is een definitieve selectie gemaakt van de sensoren, actuatoren en batterijen. Deze sensoren zijn ingekocht en worden uiteindelijk verwerkt op het sensorshirt. Ook het ontwerp van het shirt is vastgesteld.

Sensorshirt

Pagina 79 van 93

Bijlage 3 Nadere verklaring van de normen Werksector bouw In de bouwsector is het van belang eisen te stellen aan werkkleding. Dit zal te allen tijde moeten worden nagestreefd voor optimale veiligheid van de werknemer. Actuele EN en ISO normen die toebehoren aan de werkkleding in de bouwsector: •

EN 471 Bescherming voor hoge zichtbaarheid

•

ISO 20471 Bescherming voor hoge zichtbaarheid

•

EN 342 Bescherming tegen koude en lage temperaturen

•

EN 343 Bescherming tegen slecht weer(97)

Werksector industrie Voor de veiligheid van de werknemers in de industrieële werksector worden er ook wettelijke normen gehanteerd. •

EN 1149 Bescherming tegen electrostatische oplading (explosie en brand)

•

IEC 61482 Bescherming tegen thermische gevaren van electrische vlamboog

•

ISO 11611 Bescherming bij lassen en verwante werkzaamheden

•

EN 470 Bescherming tegen thermische gevaren van electrische vlamboog

•

ISIO 11612 Bescherming tegen hitte en vlammen

•

EN 531 Bescherming tegen hitte en vlammen

•

EN 13034 Bescherming tegen vloeibare chemicaliën(98)

Werksector brandweer In de sector van de brandweer zijn er veel normen waaraan de werkkleding aan moet voldoen: •

NEN-EN 340 Prestatienormen voor ergonomie, onschadelijkheid, maataanduidingen, vegrijzing, compatibiliteit en de markering van beschermende kleding.

•

NEN-EN 367 Warmteoverdracht door materialen of materiaal samenstellingen in beschermende samenstellingen.

•

NEN-EN 469 Bescherming tegen gevaren tijdens een brand. Tevens mag de kleding geen vlam vatten, moet het goed ademen en voldoende bescherming bieden tegen hitte, vlammen en rook.

•

NEN-EN 471 Zichtbaarheid van de gebruiker in gevaarlijke situaties onder alle lichtomstandigheden.

•

NEN-EN 1149-5 Bescherming tegen electrische lozingen door middel van een totaal geaardsysteem.

Sensorshirt

Pagina 80 van 93

•

NEN-EN-ISO 6530 Meting van de indexcijfers van absorptie en waterafstotende materialen voor beschermende kleding tegen vloetbare chemicaliën, voornamelijk chemische stoffen met lage volatiliteit.

•

NEN-EN-ISO 6942 Gedrag van materialen bepalen voor beschermende kleding dat blootgesteld is aan stralingswarmte door middel van twee complementaire methoden.

•

NEN-EN-ISO 13934-1 Procedure om de maximale kracht en de rek bij de maximale kracht van weefsel te bepalen met behulp van een strip methode.

•

NEN-EN-ISO 14116 Specificeert de prestatie voorschriften voor de beperkte vlamverspreiding van materialen, materiaal samenstellingen en beschermende kleding om de mogelijkheid van de brandbaarheid van kleding te verminderen en daardoor zelf een gevaar vormt voor de brand.

•

NEN-EN-ISO 15025 Methode voor het meten van de beperkte vlamverspreiding van verticaal georiënteerde textiel- en industriële producten in de vorm van enkel- of multicomponentweefsels, wanneer het wordt blootgesteld aan een kleine gedefinieerde vlam.(99)

Werksector politie In de werksector politie zijn er een paar eisen gesteld volgens de wet. Dit betreft alleen EN normen. •

EN 343 Beschermende kleding, bescherming tegen regen (waterdichtheid en waterdampweerstand).

•

EN 471 Hoge zichtbaarheid bij professioneel gebruik (waarschuwingskleding met hoge zichtbaarheid).

•

EN 531 Vlamvertragende kleding (voor werknemers die worden blootgesteld aan hitte en vuur, uitgezonderde kleding voor brandweer en lassers).

•

EN 1149 Anti-statische kleding (electrsiche lading door middel van geleiding af te voeren naar de aarde).(100)

Sensorshirt

Pagina 81 van 93

Bijlage 4 Interview dhr. J. Jansen, werkzaam bij de Brandweer Twente Dhr. J. Jansen is brandweerman bij de brandweer Twente. Hij is naast brandweerman verantwoordelijk voor de voorraad van de kleding. Hij wisselt dagen af op de kazerne en thuis. Er zijn ook nachtdiensten waarbij hij te allen tijde bij de kazerne moet blijven. Het interview is gebaseerd op de gevaren en risico’s van de brandweer tijdens werkzaamheden. Een belangrijk aspect is hierbij dat er ook gevraagd is naar of de brandweer een van de speerpunten (oververhitting, oververmoeidheid en uitdroging) ervaart en zo ja, wanneer ervaart hij deze. In het kantoor waar dhr. J. Jansen werkt, liggen en hangen ook alle mogelijke kledingstukken van de brandweerman. Dagelijkse kleding en schoeisel, maar ook de brandweerpakken en schoeisel. Hij vertelde over het brandweerpak dat het zeer zwaar is om te dragen. Daarnaast wordt het snel warm onder het pak. Wanneer een brandweerman het pak aanheeft, zal er een gemiddelde temperatuur gemeten van 38°C onder het pak. Deze temperatuur kan snel stijgen wanneer er bijvoorbeeld een brand wordt geblust. Dan zal de temperatuur onder het pak toenemen tot wel 50°C. De hartslag zal snel verhogen wanneer de brandweer het alarm in de brandweerkazerne hoort en uitrukt. Ten eerste zal de hartslag, en dus ook de stresstoestand, toenemen. Door de verhoogde hartslag, zweet de brandweerman nog meer. Het luchtverbruik neemt dan ook toe. Door de hoge temperatuur, kan de brandweerman snel oververhit raken.(101) De brandweer kan ook uitgedroogd raken. Dit komt mede door de oververhitting, omdat er veel getranspireert wordt. Tijdens het interview met dhr. J. Jansen is gebleken dat de brandweermannen tijdens zware inspanning (bijvoorbeeld bij het blussen van branden) geen tijd is voor de vochthuishouding. Er is soms geen tijd voor drinken en wordt er pas gedronken wanneer zij klaar zijn. Brandweerlieden hebben namelijk geen water bij zich tijdens de activiteiten. Het is mogelijk om oververmoeid te raken bij lange en veel diensten met zware activiteiten. De kans op mentale negatieve effecten neemt toe. Voorbeelden zijn afname van alertheid, oplettendheid en waakzaamheid. Door deze klachten worden er meer fouten gemaakt, is er een afname in productiviteit en treden er meer ongevallen op. Ook kunnen brandweerlieden oververmoeid raken door oververhitting, maar ook door in aanraking te komen met onzichtbare, gevaarlijke gassen, zoals koolstofmonoxide.(102) Er wordt dan ook gebruik gemaakt van zuurstofflessen die tijdens de uitrukking wordt bevestigd aan het pak. Eén zuurstoffles bevat 2100 liter zuurstof. Gemiddeld genomen kan een brandweerman hier een half uur mee lopen. Dit ligt geheel aan de toestand van de brandweerman (o.a. stress, zenuwen, tijd). Aan de zuurstoffles zit een controller die aangeeft hoeveel bar de fles bevat

Sensorshirt

Pagina 82 van 93

en hoeveel tijd aan zuurstof er in zit. Per 20 seconden worden deze gegevens vernieuwd en opnieuw aangegeven. Om de veiligheid te verhogen vindt dhr. J. Jansen het belangrijk om GPS als sensor te hebben voor alle brandweermannen. De bevelvoerder kan dan snel zien waar de brandweermannen zich bevinden in een gebouw. Na het interview is er een rondleiding gegeven door het gehele gebouw. De rondleiding begon bij de kantoorruimtes. Daar worden onder andere telefoontjes beantwoord, maar ook trainingen voorbereid. Ook de slaapruimtes werden laten zien. Drie mensen moeten één kamer delen. Per dag/nacht is er wel maar één persoon aanwezig en dat is degene die de nachtdienst moet draaien. Op dezelfde afdeling zijn ook de kantine, sportruimte en het woonkamergedeelte aanwezig. Op weer een volgende afdeling zijn alle ruimtes met betrekking tot de brandweerkleding aanwezig. Ook zijn daar de zogenaamde hobby ruimtes. In de hobby ruimtes kunnen er bijvoorbeeld kasten in elkaar gezet worden, aan auto’s worden gemonteerd en er kunnen spullen worden gesoldeerd. Dit kan ook voor privégebruik. Naast de hobby ruimtes zijn er dus ook de ruimtes voor het gehele brandweer gebeuren,

zoals

wasruimtes,

testruimtes

(chemische

pakken,

zuurstofmasker,

zuurstofflessen, etcetera) en klusruimtes.

Interview dhr. J. Borghuis en dhr. G. Wermink, werkzaam bij het Traingscentrum FC Twente Het Trainingscentrum FC Twente is gevestigd is Hengelo. Het wordt ook wel het FBK Stadion genoemd. FC Twente traint hier bijvoorbeeld vaak. Dhr. J. Borghuis is verantwoordelijk voor de revalidatie van patiënten en houdt zich bezig met testen op revalidatie van patiënten. Deze testen kunnen bijvoorbeeld EMG testen zijn. Deze testen houden zich bezig met de conditie van de spieren en de zenuwen. Daarnaast is hij verantwoordelijk voor de beweging van de patiënten, nadat zij een blessure hebben opgelopen. Dhr. G. Wermink is coördinator van de onderbouw en daarnaast verantwoordelijk voor de fysieke training binnen de voetbalacademie. Het interview is gebaseerd op de gevaren en risico’s van de sporters tijdens trainingen. Een belangrijk aspect is hierbij dat er ook gevraagd is naar of de sporters een van de speerpunten (oververhitting, oververmoeidheid en uitdroging) ervaart en zo ja, wanneer ervaart hij deze. In het interview is er per speerpunt gewerkt. Uitdroging hebben de sporters (vooral tijdens de trainingen) niet in de gaten. Tijdens het sporten wordt het lichaam warm en gaat men zweten om af te koelen. Hierdoor ontstaat vochttekort. Dhr. G. Wermink heeft aangegeven dat wanneer een persoon één liter aan vocht verliest, daalt het lichaamsvermogen met 10%. Voor een sporter is het daarom belangrijk om genoeg te drinken om het vochtgehalte op peil te houden. Vochthuishouding is niet alleen belangrijk voor het vochtgehalte, maar het voorkomt ook krampaanvallen. Dhr. G. Wermink heeft

Sensorshirt

Pagina 83 van 93

aangegeven dat er veel blessures voorkomen tijdens trainingen. Dit komt mede doordat elk persoon over een ander lichaam met unieke waarden (bijv. conditie, gewicht en lengte) beschikt. Door verkeerde trainingen te geven/krijgen, komt vermoeidheid vaker voor. Dat kan komen door eventuele ‘overtraining’. In principe vraag je meer van een persoon dan kan op dat moment. Dat kan bijvoorbeeld komen door weinig conditie. Ook oververhitting kan voorkomen bij sporters. Net zoals bij de brandweerlieden treed oververhitting op door de aangemaakte energie tijdens het sporten, maar ook door lichaamsinspanning. Dhr. G. Wermink en dhr. J. Borghuis hebben verteld dat de meting van de hartslag in samenwerking met GPS een grote meerwaarde zal hebben tijdens trainingen. Wanneer deze twee samen werken kunnen de volgende aspecten worden herkend: •

Afstanden

•

Versnellingen

•

Explosieve acties

•

Hartslag

Met deze informatie is te meten of de drager van de sensoren nog in goede staat van conditie is. De locatie van de persoon in combinatie met het weten van de snelheid van de hartslag en ademhaling, kan de uitkomst voor iemands conditie opleveren. Er kan namelijk berekend worden hoelang men bijvoorbeeld doet over een rondje lopen om het voetbalveld. Als de hartslag verandert samen met de ademhaling, kan er worden gezien in hoeverre iemands conditie is.

Sensorshirt

Pagina 84 van 93

Bijlage 5 Kleding met sensoren voor commerciële doeleinden Tennis performance bra Deze speciale sportbeha funtioneert naast hoogwaardige textiel, als hartslagmeter (Heart Rate Monitor – HRM) door middel van een sensor applicatie (patches) aan de voorkant van de band van de beha. De patches zijn meegenomen met het breien van het product. De zogenaamde deksel is als een drukknoop bevestigd. Het is een technisch design en heeft een connectie met de HRMmodule door middel van een draadloos systeem.(103) De stof bestaat uit 75% nylon en 25% elastaan.(104) De stof zal makkelijk het zweet afvoeren tijdens het sporten, vanwege de ClimaLitestof® die er in zit verwerkt. Dit werkt ademend, voert het zweet af en is zeer licht.(105) Een afbeelding van deze sportbeha is te zien in figuur 20.

Figuur 20: Tennis performance bra.

Biotex Tot op heden zijn de ontwikkelingen op het gebied van fysiologische metingen (lichaamstemperatuur, electro-cardiogram, electromyogram, ademritme etc.) met eerste toepassingen gericht op sport controle en preventie. Biochemische metingen van het lichaam zullen nodig zijn om de gezondheids- en veiligheidsaspecten aan te pakken. Het biotexproject beoogt de ontwikkeling van speciale

biochemische-sensing technieken die

verenigbaar zijn met bepaalde intergratie in de textiel. De controle van lichaamsvloeistoffen (zweet) wordt gemeten via sensoren; temperatuur peiler, elektrocardiogram, elektromygram en ademritme meter. Biotex zal het detectie gedeelte samen met de elektrische of optische gedeelte een verbinding aan laten gaan met een signaalprocessor. De sensoren zullen de lichaamsvloeistoffen bewaken.(106) Smart wireless sensoren in kleding In dit ontwerp is er een draadloos ECG-systeem geïntegreerd in een shirt dat gedragen wordt door werknemers die veelal op kantoren werkzaam zijn in ‘zittende’ functies. ECG kan het hart op langere termijn meten. Een soort hartfilmpje dus. Het ECGsysteem wordt aangedreven door een thermoelectrische

Sensorshirt

generator

die

de

natuurlijke

Figuur 21: Sensor ECG-systeem. Pagina 85 van 93

warmtestroom van het lichaam in electrische energie omzet. De sensor (zie figuur 21) meet de elektrocardiografie van de medewerker. De thermo-electrische generator overtreft AA batterijen en kan 1,5 tot 2 jaar gebruikt worden. Dit is afhankelijk van de tijd dat het shirt gedragen wordt. Het systeem bestaat uit 17 kleine modules die verspreid zijn over het shirt. De modules zijn niet dikker dan 6,5 mm vanwege het gemak ter dragen ervan. Het shirt kan met systeem gewassen worden.(107) Zeo Zeo is een hoofdband (zie figuur 22) die de slaapfasen volgt van een mens. Dit apparaat werkt samen met een iPhone. Door middel van de app ‘MyZeo’ kan elk mens uiteindelijk zien hoe ze hun nachtrust hebben doorgebracht. Zeo zal gedurende de nacht draadloos de informatie van de herstellende slaap (inclusief REM en diepe slaap) sturen naar MyZeo op de iPhone (zie figuur 23). Het

apparaat

geïntegreerde

maakt

gebruik

zilvervezels

hersenactiviteit

van

die

observeren.

de Deze

informatie kan van belang zijn voor het fysiek

Figuur 22: Zeo Hoofdband.

en

geestelijk

topprestaties.

De

welbevinden

afstelbare

en

SoftWave-

Figuur 23: iPhone weergave Zeo.

sensorhoofdband is licht van gewicht, comfortabel en draagbaar.(108)

Mouwen met sensoren Een onderzoeksteam van Duitse wetenschappers heeft speciale kleding met sensoren in de mouwen ontwikkeld om de bewegingen van werknemers accuraat te monitoren. Door middel van deze sensoren kunnen de verschillende handelingen van de dragers in fabrieken beter op elkaar worden afgestemd. Normaliter wordt er met een timer met hard geluid gewerkt voor alle deadlines die de werknemers moeten halen. Dit kan onpraktisch en stressverhogend werken. Met de speciale sensoren in

de mouwen zal

de druk daardoor

op de

werknemers verlagen. Er kan onder andere worden gemeten

Figuur 24: Mouwen met sensoren.

wanneer iemand iets vastpakt, neerzet, samenstelt of loslaat. De software zet alles in statistieken. Per werknemer kan bepaald worden wanneer het goed of fout gaat. Dit systeem werkt voor werknemers met een zittend beroep.(109) Er is een huidig onderzoek gaande voor mensen met een lopend beroep.

Sensorshirt

Pagina 86 van 93

Sensatex Sensatex is een ontwikkelaar van geïntegreerde intelligente textielsystemen. Dit bedrijf heeft een SmartShirt System ontwikkelt. Dit systeem maakt het mogelijk om op afstand de drager van het shirt te bewaken op gebied van beweging, hartslag en ademhaling in real-time. Dit kan door middel van een gepatenteerde geleidend garen raster (zie figuur 25 voor het raster) dat naadloos is gebreid in het materiaal van het shirt. Dit shirt is tevens volledig wasbaar. Mogelijke toepassingen voor het systeem: •

De monitoring van de gezondheid van ouderen

•

Oberservering van poliklinische patiënten met operatieve en chronische ziektes

•

Ondersteuning tijdens training van sporters

•

Bewaking op afstand voor brandweer, politie en defensie

•

Vitale omstandigheden van professionele vrachtwagen chauffeurs in de gaten om hen uiteindelijk te

Figuur 25: Smartshirt.

waarschuwen, wanneer nodig (bijvoorbeeld tijdens een te hoge hartslag) Na meer dan vijf jaar onderzoek en ontwikkeling is het SmartShirt System toepasbaar voor meerderde Sensatex doeleinden. Het shirt is van katoen en daardoor licht en ademend. Door het katoen zitten geïntegreerde geleidende vezels gebreidt, waarbij de fysiologische signalen (beweging, hartslag en ademhaling) naar een kleine persoonlijke controller worden gestuurd. De controller digitaliseert de datasignalen en stuurt deze draadloos door naar een externe locatie waar de gegevens ontvangen worden voor de monitoring van de drager van het shirt. Het systeem werd ontwikkeld om te communiceren met draadloze communicatie systemen met behulp van de ZigBee™ Technologie. Hierdoor kunnen de gegevens worden doorgegeven aan vrijwel elk eind systeem. In tegenstelling tot vergelijkbare producten, combineert alleen het Sensatex SmartShirt System de innovatieve technologieën in textiel. Er is tot op de heden een onderzoek gaande naar een SmartBra met hetzelfde systeem als het SmartShirt System, om op afstand de vitale functies te bewaken.(110) De Sensatex technologie kan worden opgenomen in elke stof (katoen, lycra, wol, zijde, etc.) of mengsel van stoffen zonder het veranderen van het uiterlijk, gevoel of de integriteit van de stof die hij vervangt.(111)

Sensorshirt

Pagina 87 van 93

Technisch hesje voor voetbaltrainingen van TNO In het Field Lab bij PSV is een nieuwe hesje ontworpen, dat de hartslag monitord en direct het aantal slagen per minuut laat zien. Door de hartslag, is vast te stellen in hoeverre de speler bepaalde activiteiten aankan op het het voetbalveld. Daarmee wordt dus bekeken in hoeverre hij/zij de belasting aan kan. Eerder werd er al zendertje geïmplementeerd in het hesje dat communiceert met een aantal elektronische bakens die rondom het veld aanwezig zijn. Doordat er steeds gecommuniceerd wordt met meerdere bakens, is voortdurend tot op vijf centimenter nauwkeurig de positie van de speler bekend. Elk meetpunt wordt ook gekoppeld met een tijdstip, zodat het systeem eenvoudig en automatisch de snelheid en zelfde de versnelling van de sporter kan berekenen. Met de positie van de speler kan er een trainingsprogramma worden opgesteld. Behalve de positie op het veld wordt

ook

de

houding

van

de

schouders

en

kijkrichting van elke speler vastgelegd. Op deze manier kan de coach van alle spelers zien of ze op een tactische goede manier ‘meevoetballen’ als ze de

Figuur 26: Emotio.

bal niet hebben. In het hesje zitten een aantal trillingmotortjes waarmee de trainer vanaf de zijkant van het veld signalen aan de speler kan geven. Doordat zowel links als rechts een trillertje kan zitten, kan met een signaal van de kant een richting worden aangegeven. Met dit hesje kan de trainer een speler bijvoorbeeld vertellen dat hij korter moet dekken. Of dat hij zich een paar meter naar links moet opstellen.(112)

Kleding met sensoren voor doeleinden in de hulpdiensten en defensie Toepassingsgebieden van in textiel ingebouwde electronica zijn enerzijds de intelligente kleding voor militairen en medisch personeel en anderzijds de communicerende kleding die tot nu toe voornamelijk een ludiek karakter heeft. Proetex Bij Proetex wordt de focus gelegd op het technisch textiel met als basis, de micro en nano technologiën. Het nieuwe ontwikkelde en draagbare, bestaande uit textiel en glasvezel, is bedoeld voor noodgevallen met als doel het verbeteren van de veiligheid, coördinatie en efficiëntie van de drager. Het textiel heeft een basis van micro en nano technologieën. Het doeleind als drager zullen de hulpdiensten en defensie zijn.(113) De ontwikkelde kleding voor een medewerker van de brandweer bestaat uit (zie ook figuur 27):

Sensorshirt

Pagina 88 van 93

Een T-shirt met: •

Een hartslagsensor

•

Een ademhalingssensor

•

Een temperatuurssensor

Een jas met: •

Een temperatuurssensor

•

Acceleratiemeters voor de detectie van activiteit

•

Een dataverwerkingseenheid (Personal Electronic Box)

•

Textielantennes voor de communicatie met het basisstation

•

Flexibele batterijen

•

Een auditief of visueel alarm

Figuur 27: Proetex kleding.

Laarzen met: •

Een gassensor

Door de speciale vezels waaruit een brandweerjas gemaakt is, biedt deze een zeer hoge graad van bescherming. Door echter sensoren te integreren in de jas kan er informatie verzameld worden over de gezondheidstoestand van de brandweerman. Naast sensoren zijn er ook

andere componenten

noodzakelijk,

zoals een

dataverwerkingseenheid, een

communicatiemiddel en batterijen. Op die manier krijg is er dus een volledig systeem dat in de jas verwerkt wordt. Deze multifunctionele jas biedt de volgende mogelijkheden: •

Continue meting van lichaamssignalen zoals hartslag en ademhaling

•

Meting van de activiteit

•

Interne en externe temperatuursmeting

•

Detectie van chemische componenten

•

Draadloze communicatie tussen de jas en een basisstation

•

Autonoom werken door geïntegreerde batterijen.(114)

Sensorshirt

Pagina 89 van 93

EKGear NanoSonic™ EKGEar NanoSonicTM is een sensor shirt dat automatisch de hartslag en ECG van het lichaam meet door middel van een ’12-lead EKG multi-wire’ systeem. Het draadloze systeem stuurt de informatie naar een externe display en opslagunit. Het shirt is nauwsluitend waardoor de hartslag en ECG makkelijk en precies worden gemeten. Het is ideaal voor sporters, patiëntenbewaking, thuis-en gezondheidszorg. De technologische kenmerken zijn: •

Betrouwbaar en consistente hartbewaking

•

Gemakkelijk te gebruiken (zonder verbindingen)

•

Comfortabel

•

Draadloze beeldschermuitvoer

•

Shirt is wasbaar en herbruikbaar

•

Geen draden, clips, gels en/of lijm nodig.(115)

Figuur 28: EKGear NanoSonic™.

Mediatic Mediatic is een textielsoort met geïntegreerde sensoren voor comfort, gezondheidsbewaking op afstand en thuisverpleging. Het Mediatic-project heeft tot doel een groot aantal verschillende soorten sensoren in textiel te integreren met het oog op twee concrete toepassingen. Optimalisatie van de comfortvesten op werkkleding en medische kleding door de integratie van de temperatuur- en vochtheidssensoren. Als tweede zal het de gezondsheidsbewaking op afstand op zich nemen bij bijvoorbeeld de thuisverpleging. Voor deze

toepassing

worden

verschillende

fysiologische

sensoren,

valdetectoren

en

plaatsbepalingsystemen in een kledingstuk geïntegreerd.(116) Smart Sensor Suit Er bestaan tegenwoordig intelligente sensorenystemen in kleding in de gezondheidszorg voor het monitoren van de fysieke status van de drager. Daarnaast werkt men aan een militaire toepassing. Sinds 2005 werkt TNO aan de ontwikkeling van een Smart Sensor Suit voor militair gebruik. Het is nog niet bekend welke systemen betrouwbaar genoeg zijn voor operaties in extreme omstandigheden en wie toegang krijgt tot de informatie die door de Smart Sensor Suit wordt verzameld. Dit product zal dan geschikt zijn voor de politie, brandweer en topsporters.(117)

Sensorshirt

Pagina 90 van 93

Recent wetenschappelijk onderzoek XSens De Universiteit Twente is bezig met een onderzoek naar 3D-sensoren (3-dimensionale detectie van objecten en zones in één oogopslag). Veel topsporters gebruiken deze tot op heden veel. De sensoren werken mechanisch en zitten in en/of op de kleding bevestigd. Hierdoor kunnen de prestaties worden geanalyseerd. XSens is een van de producenten die dit type sensoren maakt. In samenwerking met de Universiteit Twente, heeft XSens

Figuur 29: Xsens.

een nieuw onderzoekslab geopend. Het lab is onderdeel

van het al langer bestaande MIRA-instituut in Twente, dat zich specialiseert in biomedische technologie.(118) Smash In dit losse shirt met lange mouwen zal een nieuw, veelzijdig sensor-platform geïntegreerd worden. Dit shirt kan

worden

uitgerust

met

bewegingssensoren

om

feedback te geven over de bewegingen van de drager of houdingen bieden. De werkwijze die wordt gehanteerd in dit shirt (meting van de beweging) wordt gecombineerd met dunne-film schakelingen (elektrisch materiaal op glas of keramisch materiaal) en (micro)chips met kunstvezels

Figuur 30: Smash shirt.

die worden geweven in het textiel. Dit alles zal worden verricht met een commercieel productieproces. Deze methode creëert een platform voor een grote verscheidenheid aan micro-elektronische schakelingen, sensoren en systemen die nauw met elkaar te integreren zijn binnen de textiel-architecturen.(119) MC10 kleding met sensoren In dit onderzoek werken Reebok en MC10 samen om fitness kleding uitgerust met flexibele sensoren en microchips te ontwikkelen. De sensoren meten de algemene fysieke gezondheid, variërend van hartslag en bloeddruk tot letsel aan gewrichten. In 2014 wordt verwacht dat deze kleding op de markt verschijnt. De dunne, elastische elektronische patches voor de nieuwe atletische kleding worden ontwikkeld door MC10. De sportkleding bevat de elektronica. Voor het maken van deze elektronische kleding, zal MC10 een aangepaste

computer-chip

maken

van

processen

om

mesh-achtige

platen

van

geminiaturiseerde sensoren en microchips te integreren. In plaats van het etsen van deze apparaten met een zuur, ontwikkelde het bedrijf een soort van imprenting proces. Dit proces

Sensorshirt

Pagina 91 van 93

bevat apparatuur dat bestaat uit een zachte, rubberen stempel. Door middel van inkt waar de stempel van pikt, welke bestaat uit kleine sensoren en microchips, drukt de stempel de inhoud van de inkt op een materiaal/textiel. De sensoren en microchips zijn 10 keer dunner dan een pluk haar.(120) Psyche Dit project ontwikkelt een persoonlijke, kosten-effectieve monitoring systeem op basis van textiele platforms en draagbare sensoren voor lange en korte termijn gebruik. Dit systeem zal gegevens verkrijgen van patiënten met stemmingsstoornissen. De verkregen gegevens worden verwerkt en geanalyseerd in het gevestigde platform dat rekening houdt met de elektronische medische dossiers en de medische analyse van de patiënt. Uiteindelijk zal er een diagnose worden geverifieërd. Hoe de sensoren worden bevestigd aan de kleding, is niet bekend. In 2013 zal dit project worden beëindigd met een duidelijk resultaat wat hopelijk zal leiden tot een bruikbaar systeem voor in de toekomst.(121) Sensorkleding in de bouw Sinds mei 2012 is er sensorkleding ontwikkelt voor de werksector bouw. Een ondernemer ontwikkelde deze kleding, de zogenaamde iWear, met het bedrijf ‘Chess Embedded Technolgy’. Echter is deze kleding eind 2012 klaar en zal deze verkrijgbaar zijn. De sensoren waarschuwen voor gevaarlijke gassen in de lucht en een oplopende temperatuur. Andere sensoren houden de houding in de gaten. Deze sensoren zullen de hartslag en de ademhaling meten. Het systeem zal alarmeren wanneer de ingestelde maximum wordt overschreden. Een soort verkeerslicht verteld de drager van de sensorkleding met een groen, oranje of rood licht of de omgeving waar hij werkt nog veilig genoeg is. Overige personen die betrokken zijn op dat moment bij de desbetreffende werkzaamheden kunnen via een draadloos zelfstandig netwerk op afstand de metingen zien en eventueel ingrijpen.(122) Touchsensoren in nylondraden In een recent onderzoek in Japan zijn er touchsensoren ontwikkeld die worden verweven in nylondraden. Deze kunnen worden gebruikt in kleding. De sensoren kunnen dan informatie geven over wat de drager van de touchkleding aan het doen is. De ingebouwde sensoren zijn een micrometer dik, van het capacitieve soort, en verweven in nylondraden die eveneens een dikte hebben van een micrometer. Tot op heden kan er een stuk van dit textiel worden geweven van 1,2 meter. Daar moeten kledingstukken uit worden gevormd. Echter kan het textiel ook al worden gebruikt voor bedlakens in ziekenhuizen. Zo kan er bijvoorbeeld worden geregistreerd wanneer er een patiënt uit bed valt.

Sensorshirt

Pagina 92 van 93

Voor het fabriceren van de touchdraden werd een stuk nylondraad met een organisch geleidend stuk materiaal geproduceerd met daaromheen een laag niet-geleidend materiaal. De sensoren kunnen op deze manier aanraking registreren, waarbij informatie over sensorische input naar een computer kan worden gestuurd.(123)

Figuur 31: Touchsensoren in nylondraden.

Sensorshirt

Pagina 93 van 93