Um novo tipo de fibra desenvolvido por pesquisadores do MIT e da Suécia pode ser transformado em roupas que detectam o quanto está sendo esticado ou comprimido e, então, fornece feedback tátil imediato na forma de pressão, alongamento lateral ou vibração. Esses tecidos, sugere a equipe, podem ser usados em roupas que ajudam a treinar cantores ou atletas para controlar melhor sua respiração, ou podem ajudar pacientes em recuperação de doenças ou cirurgias a recuperar seus padrões respiratórios.
As fibras multicamadas contêm um canal de fluido no centro, que pode ser ativado por um sistema fluídico. Este sistema controla a geometria das fibras pressurizando e liberando um meio fluido, como ar comprimido ou água, para o canal, permitindo que a fibra atue como um músculo artificial. As fibras também contêm sensores extensíveis que podem detectar e medir o grau de alongamento das fibras. As fibras compostas resultantes são finas e flexíveis o suficiente para serem costuradas, tecidas ou tricotadas usando máquinas comerciais padrão.
As fibras, apelidadas de OmniFibers, estão sendo apresentadas esta semana na conferência online da Association for Computing Machinery’s User Interface Software and Technology, em um artigo de Ozgun Kilic Afsar, um estudante de doutorado visitante e afiliado de pesquisa do MIT; Hiroshi Ishii, o professor Jerome B. Wiesner de Artes e Ciências da Mídia; e outros oito do MIT Media Lab, Uppsala University e KTH Royal Institute of Technology na Suécia.
A nova arquitetura de fibra possui vários recursos importantes. Seu tamanho extremamente estreito e o uso de material barato tornam relativamente fácil estruturar as fibras em uma variedade de formas de tecido. Também é compatível com a pele humana, uma vez que sua camada externa é baseada em um material semelhante ao poliéster comum. E, seu tempo de resposta rápido, a força e a variedade de forças que pode transmitir permitem um sistema de feedback rápido para treinamento ou comunicações remotas usando hápticos (com base na sensação do toque).
Afsar diz que as deficiências da maioria das fibras musculares artificiais existentes são que elas são ativadas termicamente, o que pode causar superaquecimento quando usadas em contato com a pele humana, ou têm baixa eficiência de energia ou processos de treinamento árduos. Esses sistemas costumam ter tempos de resposta e recuperação lentos, limitando sua usabilidade imediata em aplicativos que exigem feedback rápido, diz ela.
Como teste inicial de aplicação do material, a equipe fez um tipo de roupa íntima que os cantores podem usar para monitorar e reproduzir o movimento dos músculos respiratórios, para posteriormente fornecer feedback cinestésico através da mesma vestimenta para estimular uma postura e padrões respiratórios ideais para o desejado desempenho vocal. “Cantar é particularmente é a minha praia, já que minha mãe é uma cantora de ópera. Ela é soprano ”, diz ela. No processo de design e fabricação desta roupa, Afsar trabalhou em estreita colaboração com uma cantora de ópera com formação clássica, Kelsey Cotton.
“Eu realmente queria capturar essa experiência de uma forma tangível”, diz Afsar. Os pesquisadores fizeram a cantora se apresentar enquanto usava a roupa feita de fibras robóticas e gravaram os dados de movimento dos sensores de tensão tecidos na roupa. Em seguida, eles traduziram os dados do sensor para o feedback tátil correspondente. “Eventualmente, fomos capazes de alcançar a detecção e os modos de atuação que queríamos no tecido, para registrar e repetir os movimentos complexos que poderíamos capturar da fisiologia de um cantor especialista e transpor para um não cantor, o corpo de um aprendiz novato. Portanto, não estamos apenas captando esse conhecimento de um especialista, mas podemos transmiti-lo ao toque de uma pessoa que está começando a aprender ”, diz ela.
Embora este teste inicial seja no contexto da pedagogia vocal, a mesma abordagem pode ser usada para ajudar os atletas a aprender a melhor forma de controlar sua respiração em uma determinada situação, com base no monitoramento de atletas bem-sucedidos enquanto realizam várias atividades e estimulam os grupos musculares que estão em ação, Afsar diz. Eventualmente, a esperança é que essas roupas também possam ser usadas para ajudar os pacientes a recuperar padrões respiratórios saudáveis após uma grande cirurgia ou uma doença respiratória como Covid-19, ou mesmo como um tratamento alternativo para apnéia do sono (que Afsar sofreu quando criança, ela diz).
A fisiologia da respiração é bastante complexa, explica Afsar, que desenvolve este trabalho como parte de sua tese de doutorado no KTH Royal Institute of Technology. “Não sabemos muito bem quais músculos usamos e em que consiste a fisiologia da respiração”, diz ela. Assim, as roupas que eles projetaram têm módulos separados para monitorar diferentes grupos musculares conforme o usuário inspira e expira, e podem reproduzir os movimentos individuais para estimular a ativação de cada grupo muscular.
Ishii diz que pode prever uma variedade de aplicações para essa tecnologia. “Todo mundo tem que respirar. A respiração tem um grande impacto na produtividade, confiança e desempenho ”, diz ele. “Respirar é importante para cantar, mas também pode ajudar na recuperação de uma cirurgia ou depressão. Por exemplo, respirar é muito importante para a meditação. ”
O sistema também pode ser útil para treinar outros tipos de movimentos musculares além da respiração, diz ele. Por exemplo, “Muitos de nossos artistas estudaram caligrafia incrível, mas eu quero sentir a dinâmica da pincelada dos pincéis”, que pode ser realizada com uma manga e uma luva feitas desse material de feedback de loop fechado. E os atletas olímpicos podem aprimorar suas habilidades vestindo uma roupa que reproduz os movimentos de um atleta de ponta, seja um levantador de peso ou um esquiador, sugere ele.
O composto de fibra macia, que se assemelha a um fio, tem cinco camadas: o canal de fluido mais interno, um tubo elastomérico à base de silicone para conter o fluido de trabalho, um sensor elástico macio que detecta deformação como uma mudança na resistência elétrica, um polímero trançado malha externa extensível que controla as dimensões externas da fibra e um filamento não extensível que fornece uma restrição mecânica na extensibilidade geral.
“A engenharia em nível de fibra e o design em nível de tecido estão bem integrados neste estudo”, diz Lining Yao, professor assistente de interação humano-computador na Carnegie Mellon University, que não esteve associado a esta pesquisa. Este trabalho demonstra “diferentes técnicas de tricô mecanizado, incluindo tecido inlay e espaçador ativo, avançou o estado da arte em relação às formas de embutir fibras atuantes em têxteis”, diz ela. “Integrar o sensor de tensão e feedbacks é essencial quando falamos sobre interações vestíveis com tecidos atuantes.”
Afsar planeja continuar trabalhando para tornar todo o sistema, incluindo sua eletrônica de controle e suprimento de ar comprimido, ainda mais miniaturizado para mantê-lo o mais discreto possível, e desenvolver o sistema de manufatura para ser capaz de produzir filamentos mais longos. Nos próximos meses, ela planeja iniciar experimentos no uso do sistema para transferir habilidades de um especialista para um cantor novato e, posteriormente, explorar diferentes tipos de práticas de movimento, incluindo aquelas de coreógrafos e dançarinos.
A pesquisa foi apoiada pela Fundação Sueca para Pesquisa Estratégica. A equipe incluiu Ali Shtarbanov, Hila Mor, Ken Nakagaki e Jack Forman no MIT; Kristina Hook, do KTH Royal Institute of Technology; e Karen Modrei, Seung Hee Jeong e Klas Hjort na Uppsala University na Suécia.
Fonte: MIT News
