entrenar su respiración
Un nuevo tipo de fibra desarrollado por investigadores del MIT y de Suecia puede convertirse en una prenda de vestir que detecta cuánto se estira o comprime y proporciona una respuesta táctil inmediata en forma de presión, estiramiento lateral o vibración. Este tipo de tejidos, sugiere el equipo, podría utilizarse en prendas que ayuden a entrenar a cantantes o atletas para que controlen mejor su respiración, o que ayuden a los pacientes que se recuperan de una enfermedad o de una intervención quirúrgica a recuperar sus patrones respiratorios.
Las fibras multicapa, denominadas OmniFibers, contienen un canal de fluido en el centro, que puede activarse mediante un sistema de fluidos. Este sistema controla la geometría de las fibras presurizando y liberando un medio fluido, como aire comprimido o agua, en el canal, lo que permite a la fibra actuar como un músculo artificial. Las fibras también contienen sensores estirables que pueden detectar y medir el grado de estiramiento de las fibras. Las fibras compuestas resultantes son lo suficientemente finas y flexibles como para ser cosidas, tejidas o tricotadas con máquinas comerciales estándar.
La nueva arquitectura de las fibras tiene una serie de características clave. Su tamaño extremadamente estrecho y el uso de material barato hacen que sea relativamente fácil estructurar las fibras en una variedad de formas de tejido. También es compatible con la piel humana, ya que su capa exterior se basa en un material similar al poliéster común. Además, su rápido tiempo de respuesta y la fuerza y variedad de fuerzas que puede impartir permiten un rápido sistema de retroalimentación para el entrenamiento o la comunicación a distancia mediante la háptica (basada en el sentido del tacto).
Afsar (estudiante de doctorado visitante e investigador afiliado al MIT) afirma que las deficiencias de la mayoría de las fibras musculares artificiales existentes son que, o bien se activan térmicamente, lo que puede provocar un sobrecalentamiento cuando se utilizan en contacto con la piel humana, o bien tienen una baja eficiencia energética o arduos procesos de entrenamiento. Estos sistemas suelen tener tiempos de respuesta y recuperación lentos, lo que limita su utilidad inmediata en aplicaciones que requieren una respuesta rápida, afirma.
Como aplicación inicial de prueba del material, el equipo fabricó un tipo de prenda interior que los cantantes pueden llevar para monitorizar y reproducir el movimiento de los músculos respiratorios, para posteriormente proporcionar retroalimentación cinestésica a través de la misma prenda para fomentar patrones de postura y respiración óptimos para la actuación vocal deseada. Los investigadores hicieron que el cantante actuara llevando la prenda hecha con sus fibras robóticas y registraron los datos de movimiento de los sensores de tensión tejidos en la prenda. A continuación, tradujeron los datos de los sensores a la correspondiente retroalimentación táctil.
Al final pudimos conseguir tanto la detección como los modos de actuación que queríamos en el textil, para grabar y reproducir los complejos movimientos que podíamos captar de la fisiología de un cantante experto y transponerlos a un cuerpo no cantante, de un aprendiz novato. Así, no sólo captamos los conocimientos de un experto, sino que somos capaces de transferirlos táctilmente a alguien que está aprendiendo", explica. Aunque esta prueba inicial se enmarca en el contexto de la pedagogía vocal, el mismo enfoque podría utilizarse para ayudar a los atletas a aprender a controlar mejor su respiración en una situación determinada, basándose en el seguimiento de atletas consumados mientras realizan diversas actividades y estimulando los grupos musculares que están en acción, afirma Afsar.
La fisiología de la respiración es, en realidad, bastante compleja, explica Afsar, que está realizando este trabajo como parte de su tesis doctoral en el Real Instituto de Tecnología KTH. "No sabemos muy bien qué músculos utilizamos y en qué consiste la fisiología de la respiración", dice. Por eso, las prendas que diseñaron tienen módulos separados para controlar los distintos grupos musculares mientras el usuario inspira y espira, y pueden reproducir los movimientos individuales para estimular la activación de cada grupo muscular.
El compuesto de fibras blandas, que se asemeja a una hebra de hilo, tiene cinco capas: el canal de fluido más interno, un tubo elastomérico con base de silicona para contener el fluido de trabajo, un sensor blando estirable que detecta la tensión como un cambio en la resistencia eléctrica, una malla exterior trenzada de polímero estirable que controla las dimensiones exteriores de la fibra, y un filamento no estirable que proporciona una restricción mecánica a la extensibilidad general.
La ingeniería a nivel de fibra y el diseño a nivel de tejido están muy bien integrados en este estudio", afirma Lining Yao, profesor adjunto de interacción persona-ordenador de la Universidad Carnegie Mellon, que no ha participado en esta investigación. Este trabajo demuestra que "diferentes técnicas de tejido a máquina, como la incrustación y el tejido espaciador activo, han avanzado el estado de la técnica en cuanto a las formas de incrustar fibras actuadoras en los textiles", afirma. "Integrar la detección de la tensión y la retroalimentación es esencial cuando hablamos de interacciones vestibles con tejidos actuantes.
Con el tiempo, se espera que estas prendas puedan utilizarse también para ayudar a los pacientes a recuperar patrones de respiración saludables después de una intervención quirúrgica importante o de una enfermedad respiratoria como el Covid-19, o incluso como tratamiento alternativo para la apnea del sueño (que Afsar padeció de niña, dice).
Ishii (catedrático Jerome B. Wiesner de Artes y Ciencias de la Comunicación) dice que puede prever una gran variedad de aplicaciones para esta tecnología. "Todo el mundo tiene que respirar. La respiración tiene un gran impacto en la productividad, la confianza y el rendimiento", dice. "La respiración es importante para cantar, pero también puede ayudar a recuperarse de una operación o de una depresión. Por ejemplo, la respiración es muy importante para la meditación".
El sistema también podría ser útil para entrenar otro tipo de movimientos musculares además de la respiración, dice. Por ejemplo, "muchos de nuestros artistas estudiaron una caligrafía increíble, pero yo quiero sentir la dinámica del trazo de los pinceles", lo que podría lograrse con una manga y un guante de este material de retroalimentación de bucle cerrado. Y los atletas olímpicos podrían perfeccionar sus habilidades llevando una prenda que reprodujera los movimientos de un atleta de élite, ya sea un levantador de pesas o un esquiador, sugiere.
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