Des chercheurs du MIT transforment des chemises en microphones haute performance grâce à des fibres fonctionnelles

Un tissu se comporte comme un fluide, explique le professeur Yoel Fink du Massachusetts Institute of Technology, ce qui explique peut-être pourquoi les designers parlent souvent du « drapé » d'un vêtement.

« Les tissus que nous portons ont de petites ondes qui les traversent », a déclaré Fink, professeur de science des matériaux au MIT. « Nous ne les voyons pas parce qu'elles sont tout simplement trop petites. »

Fink et une équipe de plusieurs universités, dont la Rhode Island School of Design, ont créé un matériau qui capture ces minuscules ondes.

La fibre fonctionnelle piézoélectrique, une fois pliée, produit une tension qui permet le traitement du signal et une sortie de données précieuses. L'information du matériau de détection pourrait un jour soutenir des appareils auditifs portables, des vêtements qui communiquent et des vêtements qui suivent les signes vitaux.

« Avoir quelques fibres fonctionnelles permet à un tissu entier de prendre un nouveau sens », a déclaré Fink à Tech Briefs.

Comment fabriquer un microphone à base de tissu

Le matériau commence sous forme d'un « bloc » préforme rectangulaire — de la taille d'un marqueur épais. Une fois le préforme chauffé, on peut l'étirer, style taffy, en longues bandes.

Fink et un groupe de chercheurs ont testé la sensibilité sonore de la fibre en attachant le capteur à une feuille de mylar suspendue. Avec des lasers, les ingénieurs ont mesuré la vibration de la feuille — et par extension, de la fibre — en réponse à des sons diffusés par un haut-parleur proche.

Les sons testés incluaient une gamme d'environnements, des bibliothèques calmes aux routes bruyantes. La fibre vibrait et générait un courant électrique proportionnel au son joué.

Ensuite, l'équipe a tissé la fibre avec des fils conventionnels pour produire des panneaux de tissu drapable, lavable en machine.

« Cela ressemble presque à une veste légère — plus léger que le denim, mais plus lourd qu'une chemise habillée », a déclaré la chercheuse Elizabeth Meiklejohn de la Rhode Island School of Design (RISD), qui a tissé le tissu à l'aide d'un métier standard.

Meiklejohn a travaillé avec une équipe incluant l'auteur principal Wei Yan, qui a aidé à développer la fibre en tant que postdoc au MIT, le Prof. Fink, et un certain nombre d'étudiants et chercheurs supplémentaires au MIT, Case Western Reserve University, University of Wisconsin à Madison, et l'U.S. Army Research Institute of Environmental Medicine.

« Le dévouement de nos étudiants, postdocs et personnel à faire avancer la recherche, qui m'a toujours émerveillé, est particulièrement pertinent pour ce travail, qui a été réalisé pendant la pandémie », a déclaré Fink.

Q&A avec le Prof. Yoel Fink

Tech Briefs : Mon impression est que les vêtements intelligents n'ont pas nécessairement pris, alors pourquoi pensez-vous que c'est le cas ?

Prof. Yoel Fink : Je ne pense pas que cela existe encore, c'est pourquoi cela n'a pas pris !

On désigne ce domaine par « wearables », et je vais juste souligner que « wearables » est un mot pour des choses qu'on ne porte pas. La technologie, l'ingénierie et même la science de comment faire faire des choses spéciales aux tissus — de vrais tissus et fibres — n'émergent que maintenant. Cet avenir se produit maintenant.

L'idée qu'on va mettre des montres ou des bibelots et tout ça, je pense, a rencontré des obstacles d'adoption, qui limitent l'horizon des soi-disant wearables.

Tech Briefs : Quels sont selon vous les défauts de ces wearables ?

Prof. Yoel Fink : Numéro un : la commodité. Je pense qu'on préfère se promener avec le moins de choses possible. Numéro deux : l'esthétique. Ils ne sont pas très esthétiques. Numéro trois : la proposition de valeur. Ils ne sont pas vraiment capables de fournir, par exemple, les avantages santé qu'on pense que les tissus fourniront éventuellement. Sur ces trois points, il y a place à l'amélioration.

Tech Briefs : À quoi ça ressemble de porter vos fibres fonctionnelles ?

Prof. Yoel Fink : La clé est d'interférer le moins possible avec le tissu lui-même — pour qu'il ressemble et se sente comme un tissu normal. À cet égard, la technologie est essentiellement imperceptible ou transparente. Donc, vous ne pourriez pas regarder cette chemise et dire : « OK, cette chemise est un microphone, ou cette chemise a de la mémoire, ou cette chemise est capable de faire des calculs », parce que la technologie est vraiment au niveau de la fibre.

Je pense que l'important à réaliser est qu'on parle ici de changer, entre autres, l'esthétique de la technologie. Vous ne viendriez jamais dire : « Oh, le microphone est cet objet de beauté ». Il n'y a pas de musées qui exposent des microphones, n'est-ce pas ? Ce sont des objets assez peu attrayants, mais si je vous montrais un microphone en tissu, vous diriez : « Oh mon Dieu, cela pourrait être vraiment esthétique. » Ça ne ressemble pas à de la technologie, mais c'en est.

Tech Briefs : Comment affichez-vous le « rapport » de la fibre de manière utile pour le porteur ?

Prof. Yoel Fink : Là où nous en sommes : nous connectons cette fibre à un circuit. Le circuit récupère l'information et la convertit en format numérique et permet le traitement du signal. Il y a un an, nous avons publié un article sur une fibre numérique. Cette fibre pouvait prendre des signaux analogiques et les convertir essentiellement pour permettre de stocker de l'information numérique ; elle a de la mémoire et un programme informatique. Donc, maintenant vous prenez une fibre qui peut mesurer quelque chose, et vous avez une autre fibre qui peut stocker et analyser. Vous mettez ces choses ensemble, et vous commencez à voir comment un tissu va devenir un ordinateur. Et c'est ce que nous visons. Nous n'y sommes pas encore, mais nous ne sommes pas loin.

Tech Briefs : Quelles premières applications envisagez-vous pour un microphone en tissu ?

Prof. Yoel Fink : Nos fibres ou tissus capturent, d'une certaine manière, la bande originale de nos vies. Chaque fois que votre cœur bat, chaque fois que vous prenez une respiration, chaque fois que vous pliez votre bras, chaque fois que vous marchez, chaque fois qu'une articulation bouge, chaque fois que le sang coule, il y a du son. Les tissus capturent tout cela. Tout ce son entre dans un tissu et est perdu pendant la journée.

Alors, ce que nous essayons de faire ici, c'est de dire : « Pourrions-nous rendre cette bande originale de nos vies accessible à nous ? » Nous pouvons écouter notre cœur. Ce n'est pas écouter le signal électrique du cœur. C'est écouter le cœur lui-même. Le cœur est une pompe, et nous écoutons les valves et le fonctionnement de cette pompe. Les signaux électriques ne racontent pas toute l'histoire.

Un deuxième point : il y a une fraction de la population qui a des problèmes cardiaques. Il y a une fraction bien plus grande de la population qui devient enceinte à un moment donné de leur vie. Et l'une des choses dont nous parlons, c'est comment surveiller le fœtus et écouter la façon dont le fœtus communique — à travers leurs sons, leurs mouvements et aussi leur cœur. Pouvoir écouter le cœur du fœtus va nous donner d'énormes informations sur leur santé et leur bien-être.

Last but not least : les groupes qui ont des déficiences auditives, ce qui est nous tous. Nous aurons tous éventuellement des déficiences auditives. Les appareils auditifs fonctionnent dans les environnements calmes, pas dans les environnements bruyants.

La raison pour laquelle nous avons deux oreilles et deux yeux est parce que cela nous permet d'avoir un sens de la profondeur et de la directionnalité. Pour l'audition, cela nous permet de nous asseoir dans un bar pour écouter la personne à qui nous parlons même si le bar est beaucoup plus bruyant. En ayant plusieurs fibres dans un tissu, nous montrons dans l'article que nous pourrions discerner la direction du son. Nous pensons que cela pourrait vraiment être transformateur pour les personnes qui ont des appareils auditifs et qui veulent donner une capacité directionnelle à ces appareils auditifs.

Tech Briefs : Quelle est la suite ?

Prof. Yoel Fink : C'est ce qu'on appelle l'Informatique Tissulaire (Fabric Computing) !

Maintenant, j'enseigne un cours au MIT appelé Computing Fabrics où nous montrons comment le monde du calcul et le monde des tissus convergent, et je pense que cela aura d'énormes implications pour l'avenir de nous tous. Les jours de l'ordinateur ou du téléphone dans une boîte en verre dans notre poche ou sac sont comptés. L'avenir de l'informatique est dans les tissus.

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