Волокна превращают ткань в одежду, регулирующую дыхание

Новый тип волокна под названием OmniFibers может быть превращен в одежду, которая чувствует, насколько она растягивается или сжимается, а затем обеспечивает немедленную тактильную обратную связь в виде давления, бокового растяжения или вибрации. Такие ткани можно было бы использовать в одежде, которая помогает певцам или спортсменам лучше контролировать свое дыхание или помогает пациентам, выздоравливающим после болезни или операции, восстановить дыхание.

Многослойные волокна содержат жидкостный канал в центре, который может активироваться жидкостной системой. Эта система контролирует геометрию волокон, нагнетая и выпуская жидкую среду, такую ​​как сжатый воздух или вода, в канал, позволяя волокну действовать как искусственная мышца. Волокна также содержат датчики растяжения, которые могут обнаруживать и измерять степень растяжения волокон. Полученные композитные волокна тонкие и достаточно гибкие, чтобы их можно было сшивать, ткать или вязать на стандартных коммерческих машинах.

Мягкий волокнистый композит, напоминающий прядь пряжи, имеет пять слоев:самый внутренний канал для жидкости, эластомерная трубка на основе силикона для рабочей жидкости, мягкий растягивающийся датчик, определяющий деформацию как изменение электрического сопротивления, плетеный полимер. растяжимая внешняя сетка, которая контролирует внешние размеры волокна, и неэластичная нить, которая обеспечивает механическое ограничение общей растяжимости.

Чрезвычайно узкий размер новой архитектуры волокна и использование недорогого материала позволяют относительно легко структурировать волокна в различные формы ткани. Он также совместим с кожей человека, поскольку его внешний слой основан на материале, похожем на обычный полиэстер. Его быстрое время отклика, а также сила и разнообразие сил, которые он может передавать, позволяют использовать систему быстрой обратной связи для обучения или удаленной связи с использованием тактильных ощущений (на основе осязания).

Недостатки большинства существующих искусственных мышечных волокон заключаются в том, что они либо термически активируются, что может вызвать перегрев при контакте с кожей человека, либо обладают низкой энергетической эффективностью или тяжелыми тренировочными процессами. Эти системы часто имеют медленное время отклика и восстановления, что ограничивает их немедленное использование в приложениях, требующих быстрой обратной связи.

В качестве первоначального пробного применения материала команда изготовила тип нижнего белья, которое певцы могут носить, чтобы контролировать и воспроизводить движения дыхательных мышц, а затем обеспечивать кинестетическую обратную связь через ту же одежду, чтобы стимулировать оптимальную позу и модели дыхания для желаемого. вокальное исполнение. Команда попросила певца выступить в одежде, сделанной из OmniFibers, и записала данные о движении с датчиков деформации, вплетенных в одежду. Затем они преобразовали данные датчика в соответствующую тактильную обратную связь.

Тот же подход можно использовать, чтобы помочь спортсменам научиться лучше контролировать свое дыхание в данной ситуации, основываясь на наблюдении за опытными спортсменами, когда они выполняют различные действия и стимулируют группы мышц, которые находятся в действии. В конечном итоге такую ​​одежду можно будет также использовать, чтобы помочь пациентам восстановить здоровый режим дыхания после серьезной операции или респираторного заболевания, такого как COVID-19, или даже в качестве альтернативного лечения апноэ во сне.

Команда продолжит работу над тем, чтобы сделать всю систему, включая ее управляющую электронику и подачу сжатого воздуха, еще более миниатюрной, чтобы сделать ее как можно менее заметной, и разработать производственную систему, позволяющую производить более длинные нити.