Serat baru dapat membuat pakaian pengatur nafas – Majalah Time.com

Jenis serat baru yang dikembangkan oleh para peneliti di MIT dan di Swedia dapat dibuat menjadi pakaian yang merasakan seberapa banyak serat tersebut diregangkan atau dikompresi, dan kemudian memberikan umpan balik taktil langsung dalam bentuk tekanan, peregangan lateral, atau getaran. Kain tersebut, tim menyarankan, dapat digunakan dalam pakaian yang membantu melatih penyanyi atau atlet untuk lebih mengontrol pernapasan mereka, atau yang membantu pasien pulih dari penyakit atau operasi untuk memulihkan pola pernapasan mereka.

Serat berlapis-lapis mengandung saluran cairan di tengahnya, yang dapat diaktifkan oleh sistem fluida. Sistem ini mengontrol geometri serat dengan menekan dan melepaskan media cairan, seperti udara atau air terkompresi, ke dalam saluran, memungkinkan serat bertindak sebagai otot buatan. Serat juga mengandung sensor yang dapat diregangkan yang dapat mendeteksi dan mengukur tingkat peregangan serat. Serat komposit yang dihasilkan tipis dan cukup fleksibel untuk dijahit, ditenun, atau dirajut menggunakan mesin komersial standar.

Serat, dijuluki OmniFibers, dipresentasikan minggu ini di konferensi online Asosiasi Perangkat Lunak dan Teknologi Antarmuka Pengguna Mesin Komputasi, dalam sebuah makalah oleh Ozgun Kilic Afsar, seorang mahasiswa doktoral yang berkunjung dan afiliasi penelitian di MIT; Hiroshi Ishii, Profesor Seni dan Ilmu Media Jerome B. Wiesner; dan delapan lainnya dari MIT Media Lab, Uppsala University, dan KTH Royal Institute of Technology di Swedia.

Arsitektur serat baru memiliki sejumlah fitur utama. Ukurannya yang sangat sempit dan penggunaan bahan yang murah membuatnya relatif mudah untuk menyusun serat menjadi berbagai bentuk kain. Ini juga kompatibel dengan kulit manusia, karena lapisan luarnya didasarkan pada bahan yang mirip dengan poliester biasa. Dan, waktu responsnya yang cepat serta kekuatan dan variasi gaya yang dapat diberikannya memungkinkan sistem umpan balik yang cepat untuk pelatihan atau komunikasi jarak jauh menggunakan haptics (berdasarkan indera peraba).

Afsar mengatakan bahwa kekurangan dari sebagian besar serat otot buatan yang ada adalah bahwa mereka diaktifkan secara termal, yang dapat menyebabkan panas berlebih saat digunakan dalam kontak dengan kulit manusia, atau mereka memiliki efisiensi daya yang rendah atau proses pelatihan yang sulit. Sistem ini sering kali memiliki respons dan waktu pemulihan yang lambat, membatasi kegunaan langsungnya dalam aplikasi yang membutuhkan umpan balik yang cepat, katanya.

Sebagai uji coba awal materi, tim membuat jenis pakaian dalam yang dapat dikenakan penyanyi untuk memantau dan memutar ulang gerakan otot pernapasan, untuk kemudian memberikan umpan balik kinestetik melalui pakaian yang sama untuk mendorong postur dan pola pernapasan yang optimal untuk yang diinginkan. kinerja vokal. “Menyanyi sangat dekat dengan rumah, karena ibu saya adalah seorang penyanyi opera. Dia seorang sopran,” katanya. Dalam proses desain dan fabrikasi pakaian ini, Afsar telah bekerja sama dengan penyanyi opera klasik terlatih, Kelsey Cotton.

“Saya benar-benar ingin menangkap keahlian ini dalam bentuk nyata,” kata Afsar. Para peneliti meminta penyanyi itu tampil sambil mengenakan pakaian yang terbuat dari serat robot mereka, dan merekam data gerakan dari sensor regangan yang ditenun ke dalam pakaian itu. Kemudian, mereka menerjemahkan data sensor ke umpan balik taktil yang sesuai. “Kami akhirnya dapat mencapai penginderaan dan mode aktuasi yang kami inginkan dalam tekstil, untuk merekam dan memutar ulang gerakan kompleks yang dapat kami tangkap dari fisiologi penyanyi ahli dan mengubahnya menjadi non-penyanyi, tubuh pelajar pemula. Jadi, kami tidak hanya menangkap pengetahuan ini dari seorang ahli, tetapi kami dapat mentransfernya secara haptik kepada seseorang yang baru belajar, ”katanya.

Meskipun pengujian awal ini dalam konteks pedagogi vokal, pendekatan yang sama dapat digunakan untuk membantu atlet mempelajari cara terbaik untuk mengontrol pernapasan mereka dalam situasi tertentu, berdasarkan pemantauan atlet berprestasi saat mereka melakukan berbagai aktivitas dan merangsang kelompok otot. yang sedang beraksi, kata Afsar. Akhirnya, harapannya, pakaian tersebut juga dapat digunakan untuk membantu pasien mendapatkan kembali pola pernapasan yang sehat setelah operasi besar atau penyakit pernapasan seperti Covid-19, atau bahkan sebagai pengobatan alternatif untuk sleep apnea (yang diderita Afsar sejak kecil, dia berkata).

Fisiologi pernapasan sebenarnya cukup kompleks, jelas Afsar, yang melakukan pekerjaan ini sebagai bagian dari tesis doktoralnya di KTH Royal Institute of Technology. “Kami tidak cukup menyadari otot mana yang kami gunakan dan apa yang terdiri dari fisiologi pernapasan,” katanya. Jadi, pakaian yang mereka rancang memiliki modul terpisah untuk memantau kelompok otot yang berbeda saat pemakainya bernapas masuk dan keluar, dan dapat memutar ulang gerakan individu untuk merangsang aktivasi setiap kelompok otot.

Ishii mengatakan dia dapat meramalkan berbagai aplikasi untuk teknologi ini. “Semua orang harus bernafas. Pernapasan memiliki dampak besar pada produktivitas, kepercayaan diri, dan kinerja, ”katanya. “Pernapasan penting untuk menyanyi, tetapi juga dapat membantu saat pulih dari operasi atau depresi. Misalnya, pernapasan sangat penting untuk meditasi.”

Sistem ini juga mungkin berguna untuk melatih jenis gerakan otot lain selain pernapasan, katanya. Misalnya, “Banyak seniman kami mempelajari kaligrafi yang luar biasa, tetapi saya ingin merasakan dinamika sapuan kuas,” yang mungkin dapat dicapai dengan selongsong dan sarung tangan yang terbuat dari bahan umpan balik loop tertutup ini. Dan atlet Olimpiade dapat mempertajam keterampilan mereka dengan mengenakan pakaian yang meniru gerakan atlet papan atas, baik atlet angkat besi atau pemain ski, sarannya.

Komposit serat lunak, yang menyerupai seutas benang, memiliki lima lapisan: saluran fluida terdalam, tabung elastomer berbasis silikon untuk menampung fluida kerja, sensor lembut yang dapat diregangkan yang mendeteksi regangan sebagai perubahan hambatan listrik, polimer jalinan jaring luar yang dapat diregangkan yang mengontrol dimensi luar serat, dan filamen tidak melar yang memberikan batasan mekanis pada ekstensibilitas keseluruhan.

“Rekayasa tingkat serat dan desain tingkat kain terintegrasi dengan baik dalam penelitian ini,” kata Lining Yao, asisten profesor interaksi manusia-komputer di Universitas Carnegie Mellon, yang tidak terkait dengan penelitian ini. Karya ini mendemonstrasikan “teknik perajutan mesin yang berbeda, termasuk inlay dan kain spacer aktif, yang memajukan seni tentang cara menyematkan serat penggerak ke dalam tekstil,” katanya. “Mengintegrasikan penginderaan regangan dan umpan balik sangat penting ketika kita berbicara tentang interaksi yang dapat dikenakan dengan kain penggerak.”

Afsar berencana untuk terus bekerja membuat seluruh sistem, termasuk elektronik kontrol dan pasokan udara terkompresi, bahkan lebih miniatur agar tidak mengganggu, dan mengembangkan sistem manufaktur untuk dapat menghasilkan filamen yang lebih panjang. Dalam beberapa bulan mendatang, ia berencana untuk memulai eksperimen dalam menggunakan sistem untuk mentransfer keterampilan dari seorang ahli ke penyanyi pemula, dan kemudian mengeksplorasi berbagai jenis latihan gerakan, termasuk koreografer dan penari.

Ditulis oleh David L. Chandler

Sumber: Institut Teknologi Massachusetts