Desarrollan prendas robóticas que regulan la respiración de deportistas y pacientes tras una cirugía

Estos textiles “robóticos” podrían ayudar a artistas y atletas a entrenar su respiración y, potencialmente, ayudar a los pacientes a recuperarse de los cambios respiratorios posteriores a la cirugía.

Un nuevo tipo de fibra desarrollado por investigadores del MIT y de Suecia se puede convertir en ropa que detecta cuánto se estira o comprime, y proporciona una respuesta táctil inmediata en forma de presión, estiramiento lateral o vibración.

Tales telas, sugiere el equipo, podrían usarse en prendas que ayuden a entrenar a cantantes o atletas a controlar mejor su respiración, o que ayuden a los pacientes a recuperarse de una enfermedad o cirugía para recuperar sus patrones de respiración.

Las fibras multicapa contienen un canal de fluido en el centro, que puede ser activado por un sistema fluídico.

Este sistema controla la geometría de las fibras presurizando y liberando un medio fluido, como aire comprimido o agua, en el canal, 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 de las fibras.

Las fibras compuestas resultantes son lo suficientemente delgadas y flexibles para ser cosidas, tejidas o tricotadas usando máquinas comerciales estándar.

La nueva arquitectura de fibra tiene una serie de características clave.

Su tamaño extremadamente estrecho y el uso de material económico hacen que sea relativamente fácil estructurar las fibras en una variedad de formas de tejido.

También es compatible con la piel humana, ya que su capa exterior está basada en un material similar al poliéster común.

Y su tiempo de respuesta rápido y la fuerza y ​​variedad de fuerzas que puede impartir permiten un sistema de retroalimentación rápida para entrenamiento o comunicaciones remotas usando hápticos (basados ​​en el sentido del tacto).

Las deficiencias de la mayoría de las fibras musculares artificiales existentes son que se activan térmicamente, lo que puede causar un sobrecalentamiento cuando se usan en contacto con la piel humana, o tienen una eficiencia de baja potencia o procesos de entrenamiento arduos.

Estos sistemas suelen tener tiempos de respuesta y recuperación lentos, lo que limita su facilidad de uso inmediata en aplicaciones que requieren una respuesta rápida, afirma.

Como una aplicación de prueba inicial del material, el equipo hizo un tipo de ropa interior que los cantantes pueden usar para monitorear y reproducir el movimiento de los músculos respiratorios, para luego proporcionar retroalimentación cinestésica a través de la misma prenda para fomentar una postura óptima y patrones de respiración para la interpretación vocal deseada.

En el proceso de diseño y fabricación de esta prenda, Afsar ha trabajado en estrecha colaboración con una cantante de ópera de formación clásica, Kelsey Cotton.

“Tenía muchas ganas de capturar esta experiencia en una forma tangible“, dice Afsar.

Los investigadores hicieron que la cantante actuara mientras usaba la prenda hecha de sus fibras robóticas y registraron los datos de movimiento de los sensores de tensión tejidos en la prenda.

Luego, tradujeron los datos del sensor a la retroalimentación táctil correspondiente.

“Eventualmente pudimos lograr tanto la detección como los modos de actuación que queríamos en el textil, para registrar y reproducir los movimientos complejos que podíamos capturar de la fisiología de un cantante experto y trasladarlos al cuerpo de un no cantante, de un aprendiz novato.

Entonces, no solo estamos capturando este conocimiento de un experto, sino que podemos transferirlo hápticamente a alguien que recién está aprendiendo”, dice ella.

Aunque esta prueba inicial está en el contexto de la pedagogía vocal, el mismo enfoque podría usarse para ayudar a los atletas a aprender la mejor manera de controlar su respiración en una situación dada, basándose en el seguimiento de los atletas consumados mientras realizan diversas actividades y estimulan los grupos musculares que están en acción, dice Afsar.

Con el tiempo, la esperanza es que estas prendas también se puedan usar para ayudar a los pacientes a recuperar patrones de respiración saludables después de una cirugía mayor o una enfermedad respiratoria como Covid-19, o incluso como un tratamiento alternativo para la apnea del sueño que Afsar sufría en la niñez.

En realidad, la fisiología de la respiración es bastante compleja, explica Afsar, que realiza este trabajo como parte de su tesis doctoral en el KTH Royal Institute of Technology.

“No somos muy conscientes de qué músculos usamos y en qué consiste la fisiología de la respiración”, dice.

Por lo tanto, las prendas que diseñaron tienen módulos separados para monitorear diferentes grupos de músculos mientras el usuario inhala y exhala, y puede reproducir los movimientos individuales para estimular la activación de cada grupo de músculos.

Ishii dice que puede prever una variedad de aplicaciones para esta tecnología.

“Todo el mundo tiene que respirar. La respiración tiene un gran impacto en la productividad, la confianza y el rendimiento”, dice.

“La respiración es importante para cantar, pero también puede ayudar cuando se está recuperando de una cirugía o depresión.

Por ejemplo, la respiración es muy importante para la meditación“.

El sistema también podría ser útil para entrenar otros tipos de movimientos musculares además de la respiración, dice.

Por ejemplo, “Muchos de nuestros artistas estudiaron caligrafía, pero quiero sentir la dinámica del trazo de los pinceles”, lo que podría lograrse con una manga y un guante hechos de este material de retroalimentación de circuito cerrado.

Y los atletas olímpicos podrían mejorar sus habilidades usando una prenda que reproduzca los movimientos de un atleta de élite, ya sea un levantador de pesas o un esquiador, sugiere.

El compuesto de fibra blanda, que se asemeja a una hebra de hilo, tiene cinco capas:

El canal de fluido más interno, un tubo elastomérico a base de silicona para contener el fluido de trabajo, un sensor elástico suave que detecta la tensión como un cambio en la resistencia eléctrica, un polímero trenzado malla exterior estirable que controla las dimensiones exteriores de la fibra y un filamento no elástico que proporciona una restricción mecánica sobre la extensibilidad general.

“La ingeniería a nivel de fibra y el diseño a nivel de tejido están muy bien integrados en este estudio”, dice Lining Yao, profesor asistente de interacción humano-computadora en la Universidad Carnegie Mellon, que no estuvo asociado con esta investigación.

Este trabajo demuestra “diferentes técnicas de tejido a máquina, incluidas las incrustaciones y el tejido espaciador activo, avanzaron en el estado de la técnica en cuanto a formas de incrustar fibras accionadoras en los textiles“, dice.

“La integración de la detección de deformación y la retroalimentación es esencial cuando hablamos de interacciones portátiles con tejidos actuadores“.

Afsar planea continuar trabajando para hacer que todo el sistema, incluida su electrónica de control y suministro de aire comprimido, sea aún más miniaturizado para mantenerlo lo más discreto posible, y desarrollar el sistema de fabricación para poder producir filamentos más largos.

En los próximos meses, planea comenzar experimentos en el uso del sistema para transferir habilidades de un cantante experto a un cantante novato, y luego explorar diferentes tipos de prácticas de movimiento, incluidas las de coreógrafos y bailarines.

Fuente: ACM