OmniFibers: Умная ткань, регулирующая дыхание для производительности и восстановления

Новый вид волокна под названием OmniFibers может быть превращен в одежду, которая чувствует, насколько она растянута или сжата, а затем обеспечивает немедленную тактильную обратную связь в виде давления, бокового растяжения или вибрации. Такие ткани могут использоваться в одежде, которая помогает тренировать певцов или спортсменов лучше контролировать дыхание или помогает пациентам, восстанавливающимся после болезни или операции, восстановить их дыхательные паттерны.

Многослойные волокна содержат жидкостной канал в центре, который может быть активирован жидкостной системой. Эта система управляет геометрией волокон путем нагнетания и выпуска рабочей среды, такой как сжатый воздух или вода, в канал, позволяя волокну действовать как искусственная мышца. Волокна также содержат растяжимые датчики, которые могут обнаруживать и измерять степень растяжения волокон. Полученные композитные волокна достаточно тонкие и гибкие, чтобы быть прошитыми, сплетенными или связаными с использованием стандартных коммерческих машин.

Мягкий композит волокна, напоминающий нитку, имеет пять слоев: внутренний жидкостной канал, силиконовая эластомерная трубка для содержания рабочей жидкости, мягкий растяжимый датчик, обнаруживающий деформацию как изменение электрического сопротивления, сплетенная полимерная растяжимая внешняя сетка, контролирующая внешние размеры волокна, и нерастяжимая нить, обеспечивающая механическое ограничение общей расширяемости.

Экстремально узкий размер новой архитектуры волокна и использование недорогих материалов делают относительно легким структурирование волокон в разнообразные тканевые формы. Оно также совместимо с человеческой кожей, поскольку его внешний слой основан на материале, похожем на обычный полиэстер. Его быстрое время отклика и сила и разнообразие сил, которые он может оказывать, позволяют быструю систему обратной связи для обучения или удаленных коммуникаций с использованием тактильного восприятия (основанного на чувстве прикосновения).

Недостатки большинства существующих искусственных мышечных волокон в том, что они либо термически активируются, что может вызывать перегрев при контакте с человеческой кожей, либо имеют низкую энергетическую эффективность или трудоемкие процессы обучения. Эти системы часто имеют медленные времена отклика и восстановления, ограничивая их непосредственную применимость в приложениях, требующих быстрой обратной связи.

В качестве первоначального тестового применения материала команда сделала вид нижнего белья, который певцы могут носить для мониторинга и воспроизведения движения респираторных мышц, чтобы позже предоставлять кинестетическую обратную связь через то же одеяние для поощрения оптимальной позы и дыхательных паттернов для желаемого вокального выступления. Команда заставила певца выступать, надев одежду из OmniFibers, и записала данные движения от датчиков деформации, сплетенных в одежду. Затем они перевели данные датчиков в соответствующую тактильную обратную связь.

Тот же подход может быть использован для помощи спортсменам научиться лучше контролировать дыхание в данной ситуации, основанной на мониторинге успешных спортсменов, пока они выполняют различные активности и стимулируя мышечные группы, которые в действии. В конечном счете, такие одежды также могут использоваться для помощи пациентам восстановить здоровые дыхательные паттерны после большой операции или респираторного заболевания, такого как COVID-19, или даже как альтернативное лечение апноэ сна.

Команда продолжит работу над тем, чтобы сделать всю систему, включая ее контрольную электронику и сжатое воздухоснабжение, еще более миниатюрной, чтобы держать ее максимально невидимой, и развить производственную систему для производства более длинных нитей.