MITとスウェーデンの研究者が開発した新種の繊維は、衣服の伸び縮みを感知し、圧力、横方向の伸び、振動などの触覚フィードバックを即座に提供することができるようになりました。このような繊維は、歌手やスポーツ選手が呼吸をうまくコントロールできるように訓練するための衣服や、病気や手術から回復した患者の呼吸パターンを回復させるための衣服に利用できるだろうと、研究チームは考えている。
オムニファイバーと名付けられたこの多層ファイバーは、中央に流体チャンネルを持ち、流体システムによって活性化することができる。このシステムは、圧縮空気や水などの流体媒体を流路に加圧・放出することで繊維の形状を制御し、繊維を人工筋肉として作用させることができる。また、繊維の中には伸縮自在のセンサーが入っており、繊維の伸び具合を検知・測定することができる。こうしてできた複合繊維は、標準的な市販の機械で縫ったり、織ったり、編んだりできるほど薄く、柔軟性に富んでいる。
この新しい繊維構造には、いくつかの重要な特長があります。サイズが非常に細く、安価な材料を使用しているため、繊維を様々な形の布に構成することが比較的容易である。また、表皮が一般的なポリエステルに近い素材であるため、人間の皮膚との親和性も高い。また、応答速度が速く、与えられる力の強さや種類が豊富なため、ハプティクス（触覚）を利用したトレーニングや遠隔コミュニケーションのための高速フィードバックシステムを実現することができるのです。
Afsar（MIT客員博士課程在籍、研究員）によると、既存のほとんどの人工筋繊維の欠点は、人間の皮膚に接触して使用すると過熱の原因となる熱活性化方式か、電力効率が低く、トレーニング過程が困難であることだという。これらのシステムは、反応や回復に時間がかかることが多く、迅速なフィードバックが必要な用途での即時利用には限界がある、と彼女は言う。
研究チームは、この素材の最初のテストアプリケーションとして、歌手が着用する下着を作り、呼吸筋の動きをモニターして再生し、後で同じ衣服を通して運動学的フィードバックを提供し、希望する発声に最適な姿勢と呼吸パターンを促すことにした。研究チームは、このロボット繊維でできた衣服を歌手に着せ、衣服に織り込まれた歪みセンサーから運動データを記録した。そして、センサーのデータを触覚に変換してフィードバックする。
熟練した歌手の生理機能から得られる複雑な動きを記録し、それを歌わない人、つまり初心者の身体に置き換えて再生することで、最終的にテキスタイルに求めていたセンシングとアクチュエーションの両方を実現することができたのです。つまり、専門家の知識を取り込むだけでなく、それを学習中の人に触覚的に伝達することができるのです」と、彼女は言います。この最初のテストは発声教育学の文脈で行われましたが、同じアプローチは、スポーツ選手が様々な活動を行う際に、達成した選手をモニターし、活動している筋肉群を刺激して、特定の状況下で呼吸をコントロールする最善の方法を学ぶために使用できる、とAfsarは述べています。
王立工科大学の博士課程でこの研究を行っているAfsarは、「呼吸の生理は、実はとても複雑なのです」と説明する。「私たちは、自分がどの筋肉を使っているのか、呼吸の生理がどのような構成になっているのか、よく分かっていないのです」。そこで、彼らが設計した衣服には、着用者が息を吸ったり吐いたりする際に異なる筋肉群をモニターするための個別のモジュールがあり、個々の動作を再生して各筋肉群の活性化を促すことができます。
糸の束に似た軟質繊維複合体は、最内部の流体チャンネル、作動流体を収容するシリコンベースのエラストマーチューブ、電気抵抗の変化として歪みを検出する軟質伸縮センサー、繊維の外寸を制御する編組ポリマー伸縮外メッシュ、全体の伸縮性に機械的制約を与える非伸縮性のフィラメントの5層から構成されています。
この研究では、繊維レベルの工学と生地レベルのデザインがうまく統合されています」と、カーネギーメロン大学のLining Yao助教授（この研究とは無関係）は述べています。この研究は、「インレイやアクティブスペーサーなど、さまざまな機械編みの技術が、繊維に作動繊維を埋め込む方法に関する最先端技術を発展させた」ことを示しています。「作動する繊維を用いたウェアラブルなインタラクションについて語るとき、ひずみセンシングとフィードバックの統合が不可欠です。
最終的には、大きな手術やCovid-19などの呼吸器疾患の後に、患者が健康な呼吸パターンを取り戻すのを助けるためにも、このような衣服が使われることが期待されている。また、Afsarが子供の頃に苦しんだ睡眠時無呼吸症候群の代替治療としても使えるという。
石井（ジェローム・B・ウィズナー・メディア・アーツ＆サイエンス教授）は、この技術のさまざまな応用を予見しているという。「誰もが呼吸をしなければならない。呼吸は生産性、自信、パフォーマンスに大きな影響を与えます」と彼は言います。「呼吸は歌を歌うときにも重要ですが、手術やうつ病から回復するときにも役に立ちます。例えば、瞑想にも呼吸はとても重要です。"
また、このシステムは、呼吸以外の種類の筋肉の動きのトレーニングにも役立つかもしれないと言います。例えば、「多くのアーティストが素晴らしい書道を学んでいますが、私は筆のストロークのダイナミクスを感じたいのです」と、この閉ループフィードバック素材でできた袖と手袋で実現できるかもしれません。また、オリンピック選手は、重量挙げやスキーなど、トップアスリートの動きを再現したウェアを身につけることで、技術を磨くことができるかもしれない、と彼は提案しています。
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