Las nuevas fibras pueden hacer ropa que regule la respiración.

Un nuevo tipo de fibra desarrollado por investigadores del MIT y Suecia se puede convertir en una prenda que detecta cuán estirada o comprimida está y luego proporciona una respuesta táctil inmediata en forma de presión, estiramiento lateral o vibración. Según el equipo, estos tejidos podrían usarse en prendas que ayuden a los cantantes o atletas a controlar mejor su respiración, o que ayuden a los pacientes que se recuperan de una enfermedad o cirugía a recuperar la respiración.

Las fibras multicapa contienen un canal de fluido en el centro, que puede ser activado por un sistema fluídico. Este sistema controla la geometría de las fibras presurizando y liberando un fluido, como aire comprimido o agua, en el canal, permitiendo que la fibra actúe como un músculo artificial. Las fibras también contienen sensores extensibles que pueden detectar y medir el grado de estiramiento de las fibras. Las fibras compuestas resultantes son lo suficientemente delgadas y flexibles para ser cosidas, tejidas o tricotadas usando máquinas comerciales estándar.

Las fibras, denominadas OmniFibers, se presentan esta semana en la conferencia en línea de software de interfaz de usuario y tecnologías de interfaz de usuario de la Association for Computing Machinery, en un artículo de Ozgun Kilic Afsar, estudiante de doctorado visitante y afiliado de investigación del MIT; Hiroshi Ishii, profesor Jerome B. Wiesner de artes y ciencias de los medios; y ocho más del MIT Media Lab, la Universidad de Uppsala y el KTH Royal Institute of Technology en Suecia.

La nueva arquitectura de fibra tiene una serie de características clave. Su tamaño extremadamente estrecho y el uso de un material económico facilitan la estructuración de las fibras en una variedad de formas de tejido. También es compatible con piel humana, ya que su capa exterior está basada en un material similar al poliéster común. Y su rápido tiempo de respuesta y la fuerza y ​​variedad de fuerzas que puede transmitir permiten un sistema de retroalimentación rápida para entrenamiento o comunicaciones a distancia usando hápticos (basados ​​en el sentido del tacto).

Afsar dice que las deficiencias de la mayoría musculo artificial Las fibras son que se activan térmicamente, lo que puede provocar un sobrecalentamiento cuando se usan en contacto con la piel humana, o tienen una baja eficiencia energética o procesos de entrenamiento extenuantes. Estos sistemas suelen tener tiempos de respuesta y recuperación lentos, lo que limita su uso inmediato en aplicaciones que requieren una respuesta rápida, dice.

Como primera aplicación de prueba del material, el equipo creó un tipo de ropa interior que los cantantes pueden usar para monitorear y replicar el movimiento de los músculos respiratorios, para luego proporcionar retroalimentación cinestésica a través de la misma prenda para fomentar una postura óptima y patrones de respiración para el deseado. persona. actuaciones vocales. “Cantar está particularmente cerca de donde vivo, porque mi madre es cantante de ópera. Ella es una soprano ”, dice. En el proceso de diseño y fabricación de esta prenda, Afsar trabajó en estrecha colaboración con una cantante de ópera de formación clásica, Kelsey Cotton.

«Tenía muchas ganas de capturar esta experiencia en forma tangible», dice Afsar. Los investigadores le pidieron al cantante que actuara mientras usaba la prenda hecha de sus fibras robóticas y registraron los datos de movimiento de los sensores de tensión tejidos en la prenda. Luego, tradujeron los datos del sensor en la respuesta táctil correspondiente. «Finalmente pudimos obtener los modos de detección y actuación que queríamos en el textil, grabar y reproducir los movimientos complejos que pudimos capturar de la fisiología de un cantante experto y traducirlos a un cantante no., El cuerpo de un novato Así que no solo capturamos este conocimiento de un experto, sino que podemos transferirlo hápticamente a alguien que recién está aprendiendo ”, dice.

Si bien esta prueba inicial está en el contexto de la pedagogía vocal, el mismo enfoque podría usarse para ayudar a los atletas a aprender a controlar mejor su respiración en una situación dada, basándose en el seguimiento de los atletas logrados en la realización de diversas actividades y la estimulación de grupos musculares. que están en acción, dice Afsar. En última instancia, la esperanza es que dicha ropa también se pueda usar para ayudar a los pacientes a recuperar una respiración saludable después de una cirugía mayor o una enfermedad respiratoria como COVID-19, o incluso como un tratamiento alternativo para la apnea del sueño (que Afsar sufrió cuando era niña, dice ella). ).

La fisiología de la respiración es en realidad bastante compleja, explica Afsar, quien está haciendo este trabajo como parte de su tesis doctoral en el KTH Royal Institute of Technology. «Realmente no sabemos qué músculos estamos usando y cuál es la fisiología de la respiración», dice. Entonces, la ropa que diseñaron tiene módulos separados para monitorear diferentes grupos de músculos mientras el usuario inhala y exhala, y puede reproducir los movimientos individuales para estimular la activación de cada grupo de músculos.

Ishii dice que puede prever una variedad de aplicaciones para esta tecnología. “Todo el mundo tiene que respirar. La respiración tiene un gran impacto en la productividad, la confianza y el rendimiento ”, dice. «La respiración es importante para cantar, pero también puede ayudar cuando se recupera de una cirugía o depresión. Por ejemplo, la respiración es muy importante para la meditación».

El sistema también podría ser útil para entrenar otros tipos de movimientos musculares además de la respiración, dice. Por ejemplo, “Muchos de nuestros artistas han estudiado caligrafía asombrosa, pero quiero sentir la dinámica de la pincelada”, lo que podría lograrse con una manga y un guante hechos de este material de retroalimentación de circuito cerrado. Y los atletas olímpicos podrían perfeccionar sus habilidades usando una prenda de vestir que imite los movimientos de un atleta de élite, ya sea un levantador de pesas o un esquiador, sugiere.

El compuesto de fibra flexible, que parece una hebra de alambre, tiene cinco capas: el canal de fluido más interno, un tubo elastomérico a base de silicona para contener el fluido de trabajo, un sensor flexible estirable que detecta la tensión como un cambio en la resistencia eléctrica, un trenzado malla exterior estirable polimérica que controla las dimensiones exteriores de la fibra, y un filamento no estirable que proporciona tensión mecánica a la capacidad de estiramiento general.

“La ingeniería a nivel de fibra y el diseño a nivel de tejido están bien integrados en este estudio”, dice Lining Yao, profesor asistente de interacción hombre-máquina en la Universidad Carnegie Mellon, que no estuvo asociado con esta investigación. Este trabajo demuestra que «varias técnicas de tejido a máquina, incluida la incrustación y el tejido de espaciado activo, han avanzado el estado del arte en lo que respecta a las formas de integrar las fibras del actuador en los textiles», dice. “La integración de la detección de tensión y la retroalimentación es esencial cuando hablamos de interacciones portátiles con tejidos de actuación. »

Afsar planea continuar trabajando para hacer que todo el sistema, incluido su electrónica de control y el suministro de aire comprimido, aún más miniaturizado para permanecer lo más discreto posible, y evolucionar el sistema de fabricación para poder producir filamentos más largos. Durante los próximos meses, planea comenzar experimentos utilizando el sistema para transferir habilidades de un cantante experto a un cantante novato, y luego explorar diferentes tipos de prácticas de movimiento, incluidas las de coreógrafos e intérpretes, bailarines.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre la investigación, la innovación y la educación actuales en el MIT.