OmniFibers : tissu intelligent qui régule la respiration pour la performance et la récupération

Un nouveau type de fibre appelé OmniFibers peut être transformé en vêtements qui détectent à quel point ils sont étirés ou comprimés et fournissent ensuite un retour tactile immédiat sous forme de pression, d'étirement latéral ou de vibration. De tels tissus pourraient être utilisés dans des vêtements qui aident à entraîner les chanteurs ou les athlètes à mieux contrôler leur respiration ou qui aident les patients en convalescence après une maladie ou une chirurgie à retrouver leurs schémas respiratoires.

Les fibres multicouches contiennent un canal fluide au centre qui peut être activé par un système fluidique. Ce système contrôle la géométrie des fibres en pressurisant et en libérant un fluide de travail, tel que de l'air comprimé ou de l'eau, dans le canal, permettant à la fibre d'agir comme un muscle artificiel. Les fibres contiennent également des capteurs extensibles qui peuvent détecter et mesurer le degré d'étirement des fibres. Les fibres composites résultantes sont assez fines et flexibles pour être cousues, tissées ou tricotées à l'aide de machines commerciales standard.

Le composite de fibre souple, qui ressemble à un brin de fil, comporte cinq couches : le canal fluide le plus interne, un tube élastomère à base de silicone pour contenir le fluide de travail, un capteur extensible souple qui détecte la contrainte comme un changement de résistance électrique, une maille extérieure tressée en polymère extensible qui contrôle les dimensions extérieures de la fibre, et un filament non extensible qui fournit une contrainte mécanique sur l'extensibilité globale.

La taille extrêmement étroite de la nouvelle architecture de fibre et l'utilisation de matériaux peu coûteux la rendent relativement facile à structurer sous une variété de formes de tissus. Elle est également compatible avec la peau humaine car sa couche externe est basée sur un matériau similaire au polyester courant. Son temps de réponse rapide et la force et la variété des forces qu'elle peut transmettre permettent un système de rétroaction rapide pour l'entraînement ou les communications à distance utilisant l'haptique (basé sur le sens du toucher).

Les lacunes de la plupart des fibres musculaires artificielles existantes sont qu'elles sont soit activées thermiquement, ce qui peut causer une surchauffe lorsqu'elles sont utilisées au contact de la peau humaine, soit elles ont une faible efficacité énergétique ou des processus d'entraînement ardus. Ces systèmes ont souvent des temps de réponse et de récupération lents, limitant leur utilité immédiate dans les applications nécessitant une rétroaction rapide.

Comme application de test initiale du matériau, l'équipe a fabriqué un type de sous-vêtement que les chanteurs peuvent porter pour surveiller et rejouer le mouvement des muscles respiratoires, pour fournir ultérieurement un retour kinesthésique à travers le même vêtement afin d'encourager une posture et des schémas respiratoires optimaux pour la performance vocale souhaitée. L'équipe a fait performer un chanteur en portant le vêtement fait d'OmniFibers et a enregistré les données de mouvement des capteurs de contrainte tissés dans le vêtement. Ensuite, ils ont traduit les données des capteurs en retour tactile correspondant.

La même approche pourrait être utilisée pour aider les athlètes à apprendre comment contrôler au mieux leur respiration dans une situation donnée, sur la base de la surveillance d'athlètes accomplis, alors qu'ils effectuent diverses activités et stimulent les groupes musculaires en action. Finalement, de tels vêtements pourraient également être utilisés pour aider les patients à retrouver des schémas respiratoires sains après une chirurgie majeure ou une maladie respiratoire telle que la COVID-19, ou même comme traitement alternatif de l'apnée du sommeil.

L'équipe continuera à travailler sur la miniaturisation de l'ensemble du système, y compris son électronique de contrôle et son alimentation en air comprimé, pour le rendre aussi discret que possible et pour développer le système de fabrication afin de pouvoir produire des filaments plus longs.