OmniFibers: Tejido Inteligente que Regula la Respiración para Rendimiento y Recuperación

Un nuevo tipo de fibra llamada OmniFibers puede convertirse en ropa que detecta cuánto se estira o comprime y luego proporciona retroalimentación táctil inmediata en forma de presión, estiramiento lateral o vibración. Tales tejidos podrían usarse en prendas que ayuden a entrenar a cantantes o atletas para controlar mejor su respiración o que ayuden a pacientes en recuperación de enfermedades o cirugías a recuperar sus patrones respiratorios.

Las fibras multicapa contienen un canal de fluido en el centro que puede activarse mediante un sistema fluidico. Este sistema controla la geometría de las fibras presurizando y liberando un medio fluido, como aire comprimido o agua, en el canal, permitiendo que la fibra actúe como un músculo artificial. Las fibras también contienen sensores elásticos 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.

El compuesto de fibra suave, que se asemeja a un hilo, tiene cinco capas: el canal de fluido más interno, un tubo elastomérico a base de silicona para contener el fluido de trabajo, un sensor elástico suave que detecta la tensión como un cambio en la resistencia eléctrica, una malla exterior trenzada de polímero elástico que controla las dimensiones exteriores de la fibra, y un filamento no elástico que proporciona una restricción mecánica a la extensibilidad general.

La arquitectura de fibra extremadamente estrecha y el uso de material económico hacen que sea relativamente fácil estructurar las fibras en una variedad de formas de tejido. También es compatible con la piel humana ya que su capa exterior se basa en un material similar al poliéster común. Su tiempo de respuesta rápido y la fuerza y variedad de fuerzas que puede impartir permiten un sistema de retroalimentación rápida para entrenamiento o comunicaciones remotas usando hápticos (basados en el sentido del tacto).

Las deficiencias de la mayoría de fibras musculares artificiales existentes son que se activan térmicamente, lo que puede causar sobrecalentamiento al usarse en contacto con la piel humana, o tienen baja eficiencia energética o procesos de entrenamiento arduos. Estos sistemas a menudo tienen tiempos de respuesta y recuperación lentos, limitando su usabilidad inmediata en aplicaciones que requieren retroalimentación rápida.

Como aplicación de prueba inicial, el equipo fabricó un tipo de prenda interior que los cantantes pueden usar para monitorear y reproducir el movimiento de los músculos respiratorios, para luego proporcionar retroalimentación kinestésica a través de la misma prenda para fomentar una postura y patrones de respiración óptimos para el rendimiento vocal deseado. El equipo hizo que un cantante actuara mientras usaba la prenda hecha de OmniFibers y registró los datos de movimiento de los sensores de tensión tejidos en la prenda. Luego, tradujeron los datos del sensor a la retroalimentación táctil correspondiente.

El mismo enfoque podría usarse para ayudar a atletas a aprender cómo controlar mejor su respiración en una situación dada, basándose en el monitoreo de atletas consumados mientras realizan diversas actividades y estimulando los grupos musculares que están en acción. Eventualmente, tales prendas también podrían usarse para ayudar a pacientes a recuperar patrones de respiración saludables después de una cirugía mayor o una enfermedad respiratoria como COVID-19, o incluso como tratamiento alternativo para la apnea del sueño.

El equipo continuará trabajando en hacer que todo el sistema, incluyendo su electrónica de control y suministro de aire comprimido, sea aún más miniaturizado para mantenerlo lo menos intrusivo posible y desarrollar el sistema de fabricación para poder producir filamentos más largos.