Новый вид волокна, разработанный исследователями Массачусетского технологического института, определяет, насколько сильно оно растягивается или сжимается, а затем дает немедленную тактильную обратную связь в виде давления, бокового растяжения или вибрации. Одежда из ткани с такими волокнами поможет пациентам, восстанавливающимся после болезни или операции, а также певцам или спортсменам контролировать свое дыхание.
Многослойные волокна по сути действуют как мышцы: они определяют направление воздействующей на них силы и отвечают путем создания давления с помощью сжатого воздуха или воды в канале, идущем в центре волокна. Волокна также содержат гибкие датчики, которые могут обнаруживать и измерять степень их растяжения.
Волокна достаточно тонкие и гибкие, чтобы ими можно было шить, ткать и вязать на стандартных машинках. Они также совместимы с человеческой кожей, так как внешний слой по текстуре похож на полиэстер. Волокна, получившие название OmniFibers, создаются из недорогого материала. Кроме того, быстрая обратная связь, а также разнообразие сил, которые они могут передавать, обеспечивают оптимальные характеристики для обучения или удаленной связи с использованием средств на основе осязания.
Недостатки большинства существующих искусственных мышечных волокон заключаются в том, что они либо зависят от температуры, что может вызвать перегрев при контакте с кожей человека, либо имеют низкую энергоэффективность. Эти системы часто демонстрируют медленное время отклика и восстановления, что ограничивает их использование в приложениях, требующих быстрой обратной связи.
Композит из мягкого волокна, напоминающий нить пряжи, состоит из пяти слоев: самый глубокий – канал для жидкости, затем – эластомерная трубка на основе силикона, содержащая рабочую жидкость, мягкий растягивающийся датчик, который определяет деформацию как изменение электрического сопротивления, плетёная полимерная растягивающаяся наружная сетка, которая контролирует внешние размеры волокна, и нерастягивающаяся нить, которая обеспечивает механическое ограничение общей растяжимости.
Для тестирования материала группа создала нательную одежду, которую певцы надевали для мониторинга и воспроизведения движений дыхательных мышц, чтобы позже обеспечить кинестетическую обратную связь через ту же одежду и подбирать оптимальное положение тела и дыхание для желаемого вокального исполнения.
Одежда из OmniFibers поможет обучать спортсменов наилучшим образом контролировать свое дыхание в определенных ситуациях, основываясь на наблюдении за опытными спортсменами, когда они выполняют различные виды деятельности. Есть надежда, что такая одежда также может быть использована для восстановления здорового дыхания у пациентов после серьезной операции или респираторных заболеваний, включая Covid-19, или в качестве альтернативного лечения ночного апноэ.
Авторы планируют продолжить работу и сделать всю систему, включая электронное управление и подачу сжатого воздуха, еще компактнее и незаметнее, а также разработать производственную систему, позволяющую производить более длинные нити.
Статья O.K.Afsar et al. OmniFiber: Integrated Fluidic Fiber Actuators for Weaving Movement based Interactions into the ‘Fabric of Everyday Life представлена на UIST '21: The 34th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» vechnayamolodost.ru по материалам MIT: New fibers can make breath-regulating garments
