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纤维将织物变成呼吸调节服装

一种称为 OmniFibers 的新型纤维可以制成衣服,它可以感知它被拉伸或压缩的程度,然后以压力、横向拉伸或振动的形式提供即时的触觉反馈。这种面料可用于服装,帮助训练歌手或运动员更好地控制呼吸,或帮助从疾病或手术中恢复的患者恢复呼吸模式。

多层纤维在中心包含一个流体通道,可以由流体系统激活。该系统通过向通道中加压和释放流体介质(例如压缩空气或水)来控制纤维的几何形状,从而使纤维充当人造肌肉。纤维还包含可拉伸传感器,可以检测和测量纤维的拉伸程度。得到的复合纤维足够薄且柔韧,可以使用标准商用机器进行缝制、编织或针织。

类似于一根纱线的柔软纤维复合材料有五层:最里面的流体通道、用于容纳工作流体的硅基弹性管、可将应变检测为电阻变化的柔软可拉伸传感器、编织聚合物控制纤维外部尺寸的可拉伸外网,以及对整体延展性提供机械约束的非弹性长丝。

新的纤维结构尺寸极窄,并且使用廉价材料,使得将纤维构造成各种织物形式相对容易。它还与人体皮肤相容,因为它的外层是基于类似于普通聚酯的材料。它的快速响应时间以及它可以施加的力量的强度和多样性允许使用触觉(基于触觉)进行训练或远程通信的快速反馈系统。

大多数现有人造肌纤维的缺点是它们要么是热激活的,在与人体皮肤接触时会导致过热,要么是功率效率低或训练过程繁琐。这些系统的响应和恢复时间通常很慢,限制了它们在需要快速反馈的应用程序中的即时可用性。

作为该材料的初步测试应用,该团队制作了一种内衣,歌手可以穿着它来监测和回放呼吸肌的运动,然后通过同一件衣服提供动觉反馈,以鼓励最佳姿势和呼吸模式达到理想状态声乐表演。该团队在穿着由 OmniFibers 制成的服装时让一名歌手表演,并记录了织入服装中的应变传感器的运动数据。然后,他们将传感器数据转化为相应的触觉反馈。

同样的方法可以用来帮助运动员学习如何在给定的情况下最好地控制他们的呼吸,基于监测有成就的运动员,因为他们进行各种活动并刺激正在行动的肌肉群。最终,此类服装还可用于帮助患者在大手术或 COVID-19 等呼吸道疾病后恢复健康的呼吸模式,甚至可以作为睡眠呼吸暂停的替代疗法。

该团队将继续致力于使整个系统(包括其控制电子设备和压缩空气供应)更加小型化,以使其尽可能不引人注目,并开发能够生产更长细丝的制造系统。


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