物理科技生物学-PHYICA

新纤维可VERO-004以制成调节呼吸的服装

技术工程 2022-01-24 21:54:23

New fibers can make breath-regulating garments麻省理工学院和瑞典的研究人员开发了一种新的纤维,被称为OmniFibers,它在中心包含一个液体通道,可以被激活,并允许纤维充当人工肌肉。学分:麻省理工学院技术学院麻省理工学院和瑞典的研究人员开发的一种新型纤维可以制成服装,这种纤维可以感知自己被拉伸或压缩了多少,然后以压力、横向拉伸或振动的形式提供即时的触觉反馈。该团队建议,这种织物可以用于服装,帮助训练歌手或运动员更好地控制他们的呼吸,或者帮助从疾病或手术中康复的患者恢复他们的呼吸模式。多层纤维的中心有一个流体通道,可以被流体系统激活。该系统通过向通道中加压和释放流体介质(例如压缩空气或水)来控制纤维的几何形状,从而允许纤维充当人造肌肉。纤维还包含可拉伸传感器,可以检测和测量纤维的拉伸程度。所得的复合纤维足够薄和柔韧,可以用标准的商用机器进行缝合、编织或针织。

这种被称为OmniFibers的光纤将于本周在计算机器用户界面软件和技术协会的在线会议上展示,论文由麻省理工学院的客座博士生和研究分支Ozgun基里奇阿夫萨尔撰写;媒体艺术与科学杰罗姆·威斯纳教授石井浩;另外八名来自麻省理工学院媒体实验室、乌普萨拉大学和瑞典KTH皇家理工学院。

新的光纤架构具有许多关键特性。其极窄的尺寸和廉价材料的使用使得将纤维构造成各种织物形式相对容易。它也与人类皮肤兼容,因为它的外层是基于类似于普通聚酯的材料。而且,它的快速响应时间和它所能传递的力量的强度和多样性允许使用触觉(基于触觉)进行训练或远程通信的快速反馈系统。

Afsar说,大多数现有人造肌纤维的缺点是,它们要么是热激活的,当与人体皮肤接触使用时会导致过热,要么是低功率效率或艰苦的训练过程。她说,这些系统的响应和恢复时间通常很慢,限制了它们在需要快速反馈的应用程序中的即时可用性。

New fibers can make breath-regulating garments Caption:新纤维架构的关键特征包括其极窄的尺寸和使用廉价材料,这使得将纤维构造成各种织物形式相对容易。功劳:麻省理工学院作为这种材料的初步测试应用,该团队制作了一种内衣,歌手可以穿着它来监测和回放呼吸肌肉的运动,然后通过同一件衣服提供动觉反馈,以鼓励最佳的姿势和呼吸模式,从而获得理想的声乐表演。“唱歌离家特别近,因为我妈是歌剧演员。她是个女高音,”她说。在这件衣服的设计和制作过程中,阿夫萨与受过古典音乐训练的歌剧歌手凯尔西·科顿密切合作。

“我真的很想以有形的形式获得这种专业知识,”阿夫萨尔说。研究人员让歌手穿着由机器人纤维制成的服装表演,并记录了织入服装的应变传感器的运动数据。然后,他们将传感器数据转换成相应的触觉反馈。“我们最终能够在纺织品中实现我们想要的感知和驱动模式,记录和回放我们可以从专家歌手的生理学中捕捉到的复杂动作,并将其转移到非手指,即新手的身体上。因此,我们不仅仅是从专家那里获取这些知识,我们还能够通过触觉将这些知识传递给正在学习的人,”她说。

阿夫萨尔说,尽管最初的测试是在声乐教学的背景下进行的,但同样的方法可以用来帮助运动员学习如何在给定的情况下最好地控制他们的呼吸,这是基于在运动员进行各种活动时对他们进行监控,并刺激正在活动的肌肉群。最终,人们希望这种服装也能用于帮助病人在大手术或新冠肺炎等呼吸系统疾病后恢复健康的呼吸模式,甚至作为睡眠呼吸暂停的替代疗法(她说,阿夫萨小时候患有睡眠呼吸暂停)。

阿夫萨解释说,呼吸的生理学实际上相当复杂,她正在进行这项工作,这是她在KTH皇家理工学院博士论文的一部分。“我们不太清楚我们使用的是哪块肌肉,呼吸的生理学是由什么组成的,”她说。因此,他们设计的服装有独立的模块,可以在穿着者吸气和呼气时监控不同的肌肉群,并可以重放单个动作来刺激每个肌肉群的激活。

石井说,他可以预见这项技术的各种应用。“每个人都必须呼吸。呼吸对生产力、信心和绩效有着重大影响,”他说。“呼吸对唱歌很重要,但这也有助于从手术或抑郁中恢复。例如,呼吸对冥想如此重要。”

New fibers can make breath-regulating garments作为这种材料的初步测试应用,该团队制作了一种内衣,歌手可以穿着它来监控和回放呼吸肌的运动,随后通过同一件衣服提供动觉反馈,以鼓励最佳姿势和呼吸模式,从而获得理想的声乐表演。学分:麻省理工学院他说,该系统还可能有助于训练除呼吸以外的其他肌肉运动。例如,“我们的许多艺术家研究了令人惊叹的书法,但我想感受画笔笔触的动态,”这可能是通过这种闭环反馈材料制成的袖子和手套来实现的。他建议,奥运会运动员可以通过穿上一件能再现顶级运动员(无论是举重运动员还是滑雪运动员)动作的衣服来提高自己的技能。

类似于纱线股的柔软纤维复合材料具有五层:最里面的流体通道、容纳工作流体的基于硅树脂的弹性管、将应变检测为电阻变化的柔软可拉伸传感器、控制纤维外部尺寸的编织聚合物可拉伸外网、以及对整体延展性提供机械约束的不可拉伸细丝。

“纤维级工程和织物级设计在这项研究中得到了很好的整合,”卡内基梅隆大学人机交互助理教授李宁·姚说,他没有参与这项研究。她说,这项工作展示了“不同的机器编织技术,包括镶嵌和活性间隔织物,推进了将驱动纤维嵌入纺织品的最先进方法”。"当我们谈论可穿戴的与驱动织物的相互作用时,整合应变传感和反馈是必不可少的."

Afsar计划继续致力于使整个系统,包括其控制电子设备和压缩空气供应,更加小型化,以保持其尽可能不引人注目,并开发制造系统,以能够生产更长的细丝。在接下来的几个月里,她计划开始试验使用该系统将技能从专家转移到新手歌手,然后探索不同类型的动作练习,包括舞蹈指导和舞蹈演员的动作练习。

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