OmniFibers: Slimme stof die ademhaling reguleert voor prestaties en herstel

Een nieuw type vezel genaamd OmniFibers kan gemaakt worden in kleding die voelt hoeveel het gerekt of gecomprimeerd wordt en dan directe tactiele feedback geeft in de vorm van druk, laterale rek, of trilling. Zulke stoffen kunnen gebruikt worden in kledingstukken die zangers of atleten helpen hun ademhaling beter te controleren of die patiënten helpen die herstellen van ziekte of chirurgie om hun ademhalingspatronen terug te vinden.

De meervoudig gelagde vezels bevatten een vloeistofkanaal in het midden dat geactiveerd kan worden door een vloeistofsysteem. Dit systeem controleert de geometrie van de vezels door een vloeistofmedium, zoals gecomprimeerde lucht of water, in het kanaal te pressuriseren en vrij te geven, wat de vezel in staat stelt om te fungeren als een kunstmatige spier. De vezels bevatten ook rekbare sensoren die de graad van rekken van de vezels kunnen detecteren en meten. De resulterende composiet vezels zijn dun en flexibel genoeg om genaaid, geweven, of gebreid te worden met standaard commerciële machines.

Het zachte vezelcomposiet, dat een draad van garen lijkt, heeft vijf lagen: de innerste vloeistofkanaal, een silicone-gebaseerde elastomere buis om de werkende vloeistof te bevatten, een zachte rekbare sensor die rek detecteert als een verandering in elektrische weerstand, een geflochten polymer rekbaar buiten mesh dat de buitendimensies van de vezel controleert, en een niet-rekbaar filament dat een mechanische beperking biedt op de algehele rekbaarheid.

De nieuwe vezelarchitectuur's extreme smalle grootte en gebruik van goedkope materialen maken het relatief makkelijk om de vezels in een verscheidenheid aan stofvormen te structureren. Het is ook compatibel met menselijke huid aangezien de buitenlaag gebaseerd is op een materiaal vergelijkbaar met gemeen polyester. De snelle reactietijd en de kracht en verscheidenheid van de krachten die het kan uitoefenen, staan toe voor een snel feedbacksysteem voor training of remote communicatie met haptics (gebaseerd op het gevoel van aanraking).

De tekortkomingen van de meeste bestaande kunstmatige spiervezels zijn dat ze ofwel thermisch geactiveerd zijn, wat oververhitting kan veroorzaken wanneer gebruikt in contact met menselijke huid, of ze hebben een laag vermogensrendement of ardue trainingsprocessen. Deze systemen hebben vaak trage reactie- en hersteltijden, wat hun directe bruikbaarheid in toepassingen die snelle feedback vereisen, beperkt.

Als een initiële toepassing van het materiaal, maakte het team een type ondergoed dat zangers kunnen dragen om de beweging van respiratoire spieren te monitoren en terug te spelen, om later kinesthetische feedback door hetzelfde kledingstuk te geven om optimale houding en ademhalingspatronen voor de gewenste vocale prestatie aan te moedigen. Het team had een zanger optreden terwijl hij het kledingstuk van OmniFibers droeg en nam de bewegingsdata op van de reksensoren geweven in het kledingstuk. Vervolgens vertaalde ze de sensordata naar de corresponderende tactiele feedback.

Dezezelfde benadering kan gebruikt worden om atleten te helpen te leren hoe ze hun ademhaling in een gegeven situatie het best kunnen controleren, gebaseerd op het monitoren van uitgeziene atleten, terwijl ze diverse activiteiten uitvoeren en de spiergroepen die in actie zijn stimuleren. Uiteindelijk kunnen zulke kledingstukken ook gebruikt worden om patiënten te helpen gezond ademhalingspatronen terug te vinden na grote chirurgie of een respiratoire ziekte zoals COVID-19, of zelfs als een alternatieve behandeling voor slaapapneu.

Het team zal doorgaan met werken aan het maken van het hele systeem, inclusief de controle-elektronica en gecomprimeerde luchtvoorziening, nog meer geminiaturiseerd om het zo onopvallend mogelijk te houden en het productiesysteem te ontwikkelen om in staat te zijn langere filamenten te produceren.