Investigadores del MIT crean un tejido que puede percibir los movimientos del usuario y reaccionar a ellos
La fabricación textil puede ser una de las tecnologías más antiguas conocidas por el ser humano, pero resulta que adaptar los logros de la era de la información a nuestra ropa no es fácil. Algunos intentos, como Google Project Jacquard, que buscaban llevar la ropa a la era moderna, no han tenido especial éxito.
Con un nuevo tipo de fibra desarrollada por investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts y de Suecia se pueden fabricar prendas que detectan cuánto se estiran o se comprimen y, a continuación, proporcionan retroalimentación táctil inmediata en forma de presión, estiramiento lateral o vibración.
El equipo sugiere que estos tejidos podrían usarse en prendas que ayuden a los nadadores a entrenar, a los deportistas a controlar la respiración y a los pacientes que se recuperan de una enfermedad o una operación a recuperar su patrón respiratorio.
Las fibras multicapa contienen en su centro un canal de fluido que puede activarse mediante un sistema hidráulico especial. Este sistema controla la geometría de las fibras al generar presión e introducir en el canal un fluido, como aire comprimido o agua, lo que permite que la fibra actúe como un músculo artificial. Las fibras también contienen sensores extensibles que pueden detectar y medir el grado de estiramiento. Las fibras compuestas resultantes son lo bastante finas y flexibles como para coserse, tejerse o tricotarse en máquinas comerciales estándar.
Las fibras, denominadas OmniFibers, se presentaron en octubre de 2021 en una conferencia en línea de la Asociación de Software y Tecnología de Interfaces de Usuario. La nueva arquitectura de fibra tiene varias características clave. Sus dimensiones extremadamente estrechas y el uso de un material económico permiten estructurar las fibras en diversas formas de tejido con relativa facilidad. Además, es compatible con la piel humana, ya que la capa externa está hecha de un material similar al poliéster convencional.
La rápida respuesta y la variedad de fuerzas que el tejido puede transmitir permiten usar el sistema de retroalimentación rápida para el aprendizaje o la comunicación remota mediante sensaciones táctiles (basadas en el tacto). Los científicos señalan que el inconveniente de la mayoría de las fibras musculares artificiales existentes es que se activan térmicamente, lo que puede provocar sobrecalentamiento al contacto con la piel humana, o tienen baja eficiencia energética o procesos de entrenamiento complejos. Estos sistemas suelen tener tiempos de respuesta y recuperación lentos, lo que limita su uso inmediato en aplicaciones que requieren retroalimentación rápida.
Como primera aplicación de prueba del material, el equipo creó un tipo de ropa interior que los cantantes pueden llevar para registrar y reproducir el movimiento de los músculos respiratorios, con el fin de ofrecer después retroalimentación cinestésica a través de la misma prenda y favorecer una postura óptima y un patrón respiratorio adecuado para la interpretación vocal deseada.
La investigadora postdoctoral del MIT Ozgun Kilic Afsar explicó: «El canto me toca muy de cerca, porque mi madre es cantante de ópera. Es soprano». Durante el desarrollo y la fabricación de esta prenda, los investigadores colaboraron con la cantante de ópera Kelsey Cotton, formada en el ámbito clásico. Le pidieron que actuara con una prenda hecha con sus fibras robóticas y registraron los datos de movimiento de los sensores de tensión integrados en el tejido. Después convirtieron esos datos en la retroalimentación táctil correspondiente.
«Al final logramos obtener tanto las sensaciones como los mecanismos de activación que queríamos en el textil, para registrar y reproducir movimientos complejos que pudimos captar de la fisiología de un cantante experimentado y transferirlos no al cantante, sino al cuerpo de un principiante. Así, no solo obtenemos este conocimiento de un experto, sino que podemos transmitirlo a quien está empezando a aprender»
Aunque estas pruebas iniciales se realizan en el contexto de la pedagogía vocal, el mismo enfoque podría ayudar a los deportistas a aprender cómo controlar mejor la respiración en una situación concreta, a partir del seguimiento de atletas experimentados que realizan distintas acciones y de la estimulación de los grupos musculares que «trabajan». En última instancia, se espera que esta ropa pueda ayudar a los pacientes a recuperar una respiración saludable tras una operación importante o una enfermedad respiratoria, como el coronavirus, o incluso como tratamiento alternativo de la apnea del sueño.
Afsar realiza este trabajo como parte de su tesis doctoral en el Instituto Real de Tecnología de Estocolmo. Ella explica: «La fisiología de la respiración es bastante compleja. No entendemos del todo qué músculos usamos y en qué consiste la fisiología respiratoria». Así, la prenda que han desarrollado tiene módulos independientes para monitorizar distintos grupos musculares durante la inspiración y la espiración del usuario, y puede reproducir movimientos concretos para estimular la activación de cada grupo muscular.
El profesor de artes y ciencias de los medios Hiroshi Ishii afirmó que prevé muchas aplicaciones de esta tecnología: «Todos tenemos que respirar. La respiración influye mucho en la productividad, la confianza en uno mismo y el rendimiento. La respiración es importante para cantar, pero también puede ayudar en la recuperación tras una operación o una depresión. Además, la respiración es importante para la meditación». Según él, el sistema podría ser útil para entrenar otros tipos de movimientos musculares además de la respiración.
«Muchos de nuestros artistas han estudiado la asombrosa caligrafía, pero quiero sentir la dinámica del trazo del pincel, algo que se podría hacer con una manga y un guante fabricados con este material de retroalimentación. Y los atletas olímpicos podrían perfeccionar sus habilidades llevando una prenda que reproduce los movimientos de los mejores deportistas, ya sean levantadores de pesas o esquiadores»
El compuesto textil blando, que se parece a un hilo, tiene cinco capas:
- el canal interior para el fluido
- un tubo elastomérico de silicona que contiene el fluido de trabajo
- un sensor blando y extensible que determina la deformación como cambio de la resistencia eléctrica
- una malla externa extensible de polímero trenzado que controla las dimensiones externas de la fibra
- un hilo no elástico que limita de forma mecánica la extensibilidad total
«Este estudio combina bien la ingeniería a nivel de fibra y el diseño a nivel de tejido. El trabajo demuestra distintas técnicas de tejido por máquina, incluidas la incrustación y el tejido espaciador activo, un avance de vanguardia en la forma de integrar fibras activas en textiles. La integración de sensores de deformación y de retroalimentación es importante cuando hablamos de la interacción de dispositivos vestibles con tejidos activos»
Los investigadores planean seguir trabajando en la transformación de su tejido, incluida su electrónica de control y el sistema de suministro de aire comprimido, para que sea lo más discreto y aún más compacto posible, además de desarrollar un sistema de producción que permita fabricar fibras más largas. En los próximos meses está previsto iniciar experimentos para transferir habilidades de un experto a un cantante principiante y, después, estudiar distintos tipos de prácticas motoras, incluidas las de coreógrafos y bailarines.
