Vezels veranderen stof in ademregulerende kleding

Van een nieuw soort vezel, OmniFibers genaamd, kan kleding worden gemaakt die voelt hoeveel het wordt uitgerekt of samengedrukt en geeft dan onmiddellijk voelbare feedback in de vorm van druk, laterale rek of trillingen. Dergelijke stoffen kunnen worden gebruikt in kledingstukken die zangers of atleten helpen hun ademhaling beter onder controle te krijgen of die patiënten die herstellen van een ziekte of operatie helpen hun ademhalingspatroon te herstellen.

De meerlagige vezels bevatten een vloeistofkanaal in het midden dat kan worden geactiveerd door een vloeistofsysteem. Dit systeem regelt de geometrie van de vezels door een vloeibaar medium, zoals perslucht of water, onder druk te zetten en in het kanaal af te geven, waardoor de vezel als een kunstmatige spier kan werken. De vezels bevatten ook rekbare sensoren die de mate van rek van de vezels kunnen detecteren en meten. De resulterende composietvezels zijn dun en flexibel genoeg om te worden genaaid, geweven of gebreid met standaard commerciële machines.

De zachte vezelcomposiet, die lijkt op een draadstreng, heeft vijf lagen:het binnenste vloeistofkanaal, een op siliconen gebaseerde elastomere buis om de werkvloeistof te bevatten, een zachte rekbare sensor die spanning detecteert als een verandering in elektrische weerstand, een gevlochten polymeer rekbaar buitengaas dat de buitenafmetingen van de vezel regelt, en een niet-rekbaar filament dat een mechanische beperking geeft aan de algehele rekbaarheid.

De extreem smalle afmetingen van de nieuwe vezelarchitectuur en het gebruik van goedkoop materiaal maken het relatief eenvoudig om de vezels in verschillende weefselvormen te structureren. Het is ook compatibel met de menselijke huid, omdat de buitenste laag is gebaseerd op een materiaal dat lijkt op gewoon polyester. De snelle responstijd en de kracht en verscheidenheid van de krachten die het kan uitoefenen, zorgen voor een snel feedbacksysteem voor training of communicatie op afstand met behulp van haptiek (gebaseerd op de tastzin).

De tekortkomingen van de meeste bestaande kunstmatige spiervezels zijn dat ze ofwel thermisch worden geactiveerd, wat oververhitting kan veroorzaken bij gebruik in contact met de menselijke huid, of dat ze een laag energierendement of zware trainingsprocessen hebben. Deze systemen hebben vaak trage reactie- en hersteltijden, waardoor ze niet direct bruikbaar zijn in toepassingen die snelle feedback vereisen.

Als eerste testtoepassing van het materiaal maakte het team een ​​soort ondergoed dat zangers kunnen dragen om de beweging van de ademhalingsspieren te volgen en af ​​te spelen, om later kinesthetische feedback te geven via hetzelfde kledingstuk om een ​​optimale houding en ademhalingspatronen voor de gewenste vocale prestaties. Het team liet een zanger optreden terwijl hij het kledingstuk van OmniFibers droeg en registreerde de bewegingsgegevens van de spanningssensoren die in het kledingstuk waren geweven. Vervolgens vertaalden ze de sensorgegevens naar de bijbehorende tactiele feedback.

Dezelfde benadering kan worden gebruikt om atleten te helpen leren hoe ze hun ademhaling het beste kunnen beheersen in een bepaalde situatie, gebaseerd op het volgen van ervaren atleten, terwijl ze verschillende activiteiten uitvoeren en het stimuleren van de spiergroepen die in actie zijn. Uiteindelijk zouden dergelijke kledingstukken ook kunnen worden gebruikt om patiënten te helpen weer een gezond ademhalingspatroon te krijgen na een grote operatie of een luchtwegaandoening zoals COVID-19, of zelfs als een alternatieve behandeling voor slaapapneu.

Het team zal blijven werken om het hele systeem, inclusief de besturingselektronica en persluchttoevoer, nog meer geminiaturiseerd te maken om het zo onopvallend mogelijk te houden en om het productiesysteem te ontwikkelen om langere filamenten te kunnen produceren.