OmniFibers: Tecido Inteligente que Regula Respiração para Desempenho e Recuperação

Um novo tipo de fibra chamado OmniFibers pode ser transformado em roupas que sentem o quanto estão sendo esticadas ou comprimidas e então fornecem feedback tátil imediato na forma de pressão, alongamento lateral ou vibração. Tais tecidos poderiam ser usados em vestimentas que ajudam a treinar cantores ou atletas a controlar melhor sua respiração ou que ajudam pacientes recuperando-se de doenças ou cirurgias a recuperar seus padrões respiratórios.

As fibras multicamadas contêm um canal fluido no centro que pode ser ativado por um sistema fluídico. Este sistema controla a geometria das fibras pressurizando e liberando um meio fluido, como ar comprimido ou água, no canal, permitindo que a fibra atue como um músculo artificial. As fibras também contêm sensores elásticos que podem detectar e medir o grau de alongamento das fibras. As fibras compostas resultantes são finas e flexíveis o suficiente para serem costuradas, tecidas ou tricotadas usando máquinas comerciais padrão.

O composto de fibra macia, que se assemelha a um fio de lã, tem cinco camadas: o canal fluido mais interno, um tubo elastomérico à base de silicone para conter o fluido de trabalho, um sensor elástico macio que detecta tensão como mudança na resistência elétrica, uma malha externa polimérica trançada elástica que controla as dimensões externas da fibra, e um filamento não elástico que fornece uma restrição mecânica na extensibilidade geral.

A arquitetura de fibra nova, de tamanho extremamente estreito e uso de material barato, torna relativamente fácil estruturar as fibras em uma variedade de formas de tecido. Também é compatível com a pele humana, pois sua camada externa é baseada em material semelhante ao poliéster comum. Seu tempo de resposta rápido e a força e variedade de forças que pode impartir permitem um sistema de feedback rápido para treinamento ou comunicações remotas usando háptica (baseada no sentido do tato).

As deficiências da maioria das fibras musculares artificiais existentes são que elas são termicamente ativadas, o que pode causar superaquecimento quando usadas em contato com a pele humana, ou têm baixa eficiência energética ou processos de treinamento árduos. Esses sistemas frequentemente têm tempos de resposta e recuperação lentos, limitando sua usabilidade imediata em aplicações que requerem feedback rápido.

Como aplicação de teste inicial do material, a equipe fez um tipo de roupa íntima que cantores podem usar para monitorar e reproduzir o movimento dos músculos respiratórios, para depois fornecer feedback cinestésico através da mesma vestimenta para incentivar postura e padrões respiratórios ideais para o desempenho vocal desejado. A equipe fez um cantor se apresentar enquanto usava a vestimenta feita de OmniFibers e registrou os dados de movimento dos sensores de tensão tecidos na vestimenta. Então, traduziram os dados do sensor para o feedback tátil correspondente.

A mesma abordagem poderia ser usada para ajudar atletas a aprender como melhor controlar sua respiração em uma dada situação, baseando-se no monitoramento de atletas realizados, enquanto realizam várias atividades e estimulando os grupos musculares que estão em ação. Eventualmente, tais vestimentas também poderiam ser usadas para ajudar pacientes a recuperar padrões respiratórios saudáveis após grande cirurgia ou doença respiratória como COVID-19, ou até como tratamento alternativo para apneia do sono.

A equipe continuará trabalhando para tornar todo o sistema, incluindo sua eletrônica de controle e suprimento de ar comprimido, ainda mais miniaturizado para mantê-lo o mais discreto possível e desenvolver o sistema de manufatura para poder produzir filamentos mais longos.