Das Computermodell zeigt, wie sich eine Stoffhose beim Gehen bewegt (oben). Die Farbe zeigt die Dicke der Luftschicht zwischen Körper und Hose an (unten).  Bild: Empa
Das Computermodell zeigt, wie sich eine Stoffhose beim Gehen bewegt (oben). Die Farbe zeigt die Dicke der Luftschicht zwischen Körper und Hose an (unten). Bild: Empa

Ob beim Sport, bei der Arbeit oder im Wohnzimmer – je nach Tätigkeit und
Umgebung haben wir unterschiedliche Ansprüche an unsere Kleidung. Empa-
Forschende haben ein Modell entwickelt, das voraussagen kann, wie gut uns
ein Kleidungsstück wärmt. Dabei kommt es vor allem auf die Luftpolster
zwischen Körper und äusserster Kleidungsschicht an.

Im Winter kann es draussen noch so sonnig und warm aussehen. Sobald wir
dem Wind ausgesetzt sind, frieren wir. Wenn die Kleidung den Bedingungen
nicht angepasst ist, fühlt sich das schnell unangenehm an. Die Entwickler
von Kleidungsstücken wiederum wollen ihre Produkte möglichst genau den
Ansprüchen ihrer Kunden anpassen. Um zu sehen, ob T-Shirts, Jacken oder
Schuhe halten, was sie versprechen, waren bis jetzt Tests mit Prototypen
nötig. Empa-Forschende haben nun ein Computerprogramm entwickelt, das
berechnen kann, wie warm einem Menschen beim Tragen eines Kleidungsstückes
wird.

Wie warm sich beispielsweise eine Winterjacke anfühlt, bestimmt nicht in
erster Linie der Stoff. «Viel wichtiger sind die Luftschichten zwischen
dem Körper und den Stofflagen», erklärt Empa-Forscherin Agnes Psikuta.
«Diese bestimmt mehr als 70% der Eigenschaften eines Bekleidungsstücks.»
Denn Luft sei ein hervorragender Isolator. Deshalb isoliert Kleidung dann
besonders gut, wenn viel Luft zwischen dem Körper und der äussersten
Kleidungsschicht ist. Entweicht diese Luft, verliert man Wärme und fängt
an zu frieren.

Von der Modebranche abgeschaut

Bis anhin haben sich die meisten wissenschaftlichen Berechnungsmodelle für
die Prognose des Wärmeverlusts allein an den Stoffen orientiert. Stoffe
fallen aber unterschiedlich, wenn sich ein Körper bewegt. Dadurch
verändern sich auch die isolierenden Luftschichten; aber nur eine Schicht,
die permanent da ist, isoliert auch gut. Deshalb haben die Forschenden
nach Lösungen gesucht, um die Veränderung während der Bewegung zu
berechnen. «Wir haben als Grundlage Programme genutzt, die für die
Modeindustrie entwickelt wurden. Diese Programme simulieren die Situation
auf dem Laufsteg. Designer können so ein virtuelles Model laufen lassen
und sehen, wie ihre neu entworfenen Kleider an einem Menschen in Bewegung
wirken.» Psikuta und ihr Team stellten fest, dass diese Programme sehr
genau vorhersagen können, wie sich Kleidungsstücke am Körper verhalten.

Das Programm, das die Empa-Forschenden entwickelt haben, vereint
verschiedene Berechnungsmodelle, die miteinander interagieren. Neben
Luftschichten prognostiziert das Programm den thermischen Komfort, den
Einfluss von Schwitzen oder bestimmter Bewegungen auf das Kleidungsstück.
Aus einem Schnittmuster entsteht schliesslich ein virtuelles
Kleidungsstück, das einem Avatar angezogen werden kann.

Das Programm kann beispielsweise aber auch helfen, ein optimales Outfit
für das Lauftraining im Herbst zu entwickeln. «Schon bevor Textilien oder
Design klar sind, berechnet unser Programm dann, wie entsprechende
Kleidung geschnitten sein sollte», erklärt Psikuta. Und all das nicht nur
für Normgrössen. «Unser Programm kann die Avatare nach verschiedenen
Körpertypen und -grössen formen. Wenn etwas beispielsweise für besonders
muskulöse, kurvige oder schmale Menschen entwickelt werden soll, können
wir das im Programm entsprechend anpassen und schauen, wie das wirkt.»

Entwicklungszeit um 90 Prozent verkürzt

Im Endeffekt hilf das Programm, unzählige Prototypen für die Entwicklung
neuer Kleidungsstücke zu ersetzen. Weil so auch keine aufwändigen
Probandentests mehr nötig sind, verkürzt sich die Entwicklungszeit um bis
zu 90 Prozent. «Wie viel Zeit wir damit tatsächlich sparen können, hängt
aber stark vom jeweiligen Produkt und dessen Komplexität ab», so Psikuta.
«Ein Anzug für die Feuerwehr – von dessen Qualität Gesundheit und
Menschenleben abhängig sein können – ist beispielsweise sehr komplex
aufgebaut, ein Sport-T-Shirt dagegen erheblich einfacher.»

Die Bedienung des Programms ist allerdings knifflig. Um die
Forschungsergebnisse in der Praxis zu testen, arbeitet die Empa mit
Industriepartnern zusammen, die beispielsweise Wintersportbekleidung
herstellen. «Sie bringen uns ihre Ideen, und wir liefern ihnen die
Technologie und helfen ihnen, die Kleider innerhalb kürzester Zeit zu
entwickeln», so Psikuta. Zudem präsentieren sie und ihr Team die Software
an wissenschaftlichen Konferenzen, um sie gemeinsam mit Forschungspartnern
weiterzuentwickeln und dann möglichst vielen Nutzern zugänglich machen zu
können.