FibeRobo: poderosas fibras transformadoras de la temperatura corporal
La fibra que cambia de forma puede producir tejidos cambiantes
Se utiliza una máquina trenzadora de maypole para fabricar fibras individuales con elementos actuadores y calefactores integrados. Jack Forman
En lugar de necesitar un abrigo para cada temporada, imagina tener una chaqueta que cambie dinámicamente de forma para que sea más aislante y te mantenga abrigado a medida que baja la temperatura.
Una fibra actuadora programable desarrollada por un equipo interdisciplinario de investigadores del MIT algún día podría
Se utiliza una maquina trenzadora de maypole,para fabricar fibras individuales con elementos actuadores y calefactores integrados – Jack Forman
hacer realidad esta visión. Conocida como FibeRobo , la fibra se contrae en respuesta a un aumento de temperatura y luego se revierte automáticamente cuando la temperatura disminuye, sin sensores integrados ni otros componentes duros.
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Descripción general de FibeRobo desde la fibra hasta la funció -Crédito: Jack Forman
Las fibras también se pueden combinar con hilo conductor, que actúa como elemento calefactor cuando la corriente eléctrica lo atraviesa. De esta manera, las fibras actúan mediante electricidad, lo que ofrece al usuario un control digital sobre la forma de un textil. Por ejemplo, una tela podría cambiar de forma en función de cualquier información digital, como las lecturas de un sensor de frecuencia cardíaca.
“Usamos textiles para todo. Fabricamos aviones con compuestos reforzados con fibra, cubrimos la Estación Espacial Internacional con una tela que protege contra la radiación, los usamos para expresión personal y ropa de actuación. Gran parte de nuestro entorno es adaptable y receptivo, pero lo único que necesita ser más adaptable y receptivo (los textiles) es completamente inerte”, dice Jack Forman, estudiante de posgrado en el Tangible Media Group del MIT Media Lab, con una afiliación secundaria en el Centro de Bits y Átomos y autor principal de un artículo sobre la fibra accionadora .
En el artículo se unen a él otros 11 investigadores del MIT y la Universidad Northeastern, incluidos sus asesores, el profesor Neil Gershenfeld, que dirige el Centro de Bits y Átomos, y Hiroshi Ishii, profesor Jerome B. Wiesner de Artes y Ciencias de los Medios y director. del Grupo de Medios Tangibles. La investigación se presentará en el Simposio ACM sobre software y tecnología de interfaz de usuario.
Materiales cambiantes
Los investigadores del MIT querían una fibra que pudiera actuar silenciosamente y cambiar drásticamente su forma, y que al mismo tiempo fuera compatible con los procedimientos habituales de fabricación textil. Para conseguirlo, utilizaron un material conocido como elastómero de cristal líquido (LCE).
Un cristal líquido es una serie de moléculas que pueden fluir como un líquido, pero cuando se les permite asentarse, se apilan en una disposición cristalina periódica. Los investigadores incorporan estas estructuras cristalinas en una red de elastómero, que es elástica como una banda elástica.
A medida que el material LCE se calienta, las moléculas de cristal se desalinean y juntan la red de elastómero, lo que hace
que la fibra se contraiga. Cuando se elimina el calor, las moléculas vuelven a su alineación original y el material a su longitud original, explica Forman.
Mezclando cuidadosamente productos químicos para sintetizar el LCE, los investigadores pueden controlar las propiedades finales de la fibra, como su grosor o la temperatura a la que actúa.
Perfeccionaron una técnica de preparación que crea fibra LCE que puede actuar a temperaturas seguras para la piel, lo que la hace adecuada para telas portátiles.
“Hay muchas perillas que podemos girar. Fue mucho trabajo idear este proceso desde cero, pero al final nos da mucha libertad para la fibra resultante”, añade.
Sin embargo, los investigadores descubrieron que fabricar fibra a partir de resina LCE es un proceso complicado. Las técnicas existentes a menudo dan como resultado una masa fusionada que es imposible desenrollar.
Los investigadores también están explorando otras formas de producir fibras funcionales, como incorporando cientos de chips digitales a microescala en un polímero, utilizando un sistema fluídico activado o incluyendo material piezoeléctrico que pueda convertir vibraciones de sonido en señales eléctricas .
fabricación de fibra
Forman construyó una máquina utilizando piezas impresas en 3D y cortadas con láser y electrónica básica para superar los desafíos de fabricación. Inicialmente construyó la máquina como parte del curso de posgrado MAS.865 (Creación rápida de prototipos de máquinas de creación rápida de prototipos: cómo hacer algo que haga [casi] cualquier cosa).
Para comenzar, la resina LCE espesa y viscosa se calienta y luego se exprime lentamente a través de una boquilla como la de una pistola de pegamento. A medida que sale la resina, se cura cuidadosamente usando luces ultravioleta que brillan en ambos lados de la fibra que se extruye lentamente.
Si la luz es demasiado tenue, el material se separará y goteará fuera de la máquina, pero si es demasiado brillante, se pueden formar grumos, lo que produce fibras abultadas.
Luego, la fibra se sumerge en aceite para darle una capa resbaladiza y se cura nuevamente, esta vez con luces ultravioleta encendidas a máxima potencia, creando una fibra fuerte y suave. Finalmente, se recoge en un carrete superior y se sumerge en polvo para que se deslice fácilmente en las máquinas de fabricación textil.
Desde la síntesis química hasta el carrete terminado, el proceso dura aproximadamente un día y produce aproximadamente un kilómetro de fibra lista para usar.
“Al final del día, no quieres una fibra de diva. Lo que se desea es una fibra que, cuando se trabaja con ella, se incluya en el conjunto de materiales, una con la que se pueda trabajar como cualquier otro material de fibra, pero que tenga muchas capacidades nuevas e interesantes”, afirma Forman.
Crear una fibra de este tipo requirió una gran cantidad de prueba y error, así como la colaboración de investigadores con experiencia en muchas disciplinas, desde la química hasta la ingeniería mecánica, pasando por la electrónica y el diseño.
La fibra resultante, llamada FibeRobo, puede contraerse hasta un 40 por ciento sin doblarse, actuar a temperaturas seguras para la piel (la versión de la fibra segura para la piel se contrae hasta aproximadamente un 25 por ciento) y producirse con una configuración de bajo costo durante 20 centavos por metro, que es aproximadamente 60 veces más barato que las fibras que cambian de forma disponibles comercialmente.
La fibra se puede incorporar a máquinas de coser y tejer industriales, así como a procesos no industriales como telares manuales o crochet manual, sin necesidad de realizar modificaciones en el proceso.
Los investigadores del MIT utilizaron FibeRobo para demostrar varias aplicaciones, incluido un sostén deportivo adaptable elaborado mediante bordado que se aprieta cuando el usuario comienza a hacer ejercicio.
También utilizaron una máquina de tejer industrial para crear una chaqueta de compresión para el perro de Forman, cuyo nombre es Profesor. La chaqueta activaría y «abrazaría» al perro basándose en una señal Bluetooth del teléfono inteligente de Forman. Las chaquetas de compresión se utilizan habitualmente para aliviar la ansiedad por separación que puede sentir un perro mientras su dueño está fuera.
MIT-Digital-Fibers-Los ingenieros crean una fibra programable Por primera vez, la fibra digital contiene memoria, sensores de temperatura y un programa de red neuronal entrenado para inferir la actividad física. Becky Jamón
En el futuro, los investigadores quieren ajustar los componentes químicos de la fibra para que pueda ser reciclable o biodegradable. También quieren agilizar el proceso de síntesis de polímeros para que los usuarios sin experiencia en laboratorios húmedos puedan hacerlo por sí mismos.
Forman está entusiasmado de ver las aplicaciones de FibeRobo que otros grupos de investigación identifican a medida que desarrollan estos primeros resultados. A largo plazo, espera que FibeRobo pueda convertirse en algo que un fabricante pueda comprar en una tienda de manualidades, como un ovillo de lana, y usarlo para producir fácilmente telas que se transforman.
“Las fibras LCE cobran vida cuando se integran en textiles funcionales. Es particularmente fascinante observar cómo los autores han explorado diseños textiles creativos utilizando una variedad de patrones de tejido y tejido”, dice Lining Yao, profesor asociado Cooper-Siegel de interacción hombre-computadora en la Universidad Carnegie Mellon, que no participó en este trabajo. .
Esta investigación fue apoyada, en parte, por la Beca William Asbjornsen Albert Memorial, el Programa de Profesores Visitantes Dr. Martin Luther King Jr., Toppan Printing Co., Honda Research, el Consejo Chino de Becas y Shima Seiki. El equipo incluía a Ozgun Kilic Afsar, Sarah Nicita, Rosalie (Hsin-Ju) Lin, Liu Yang, Akshay Kothakonda, Zachary Gordon y Cedric Honnet en el MIT; y Megan Hofmann y Kristen Dorsey de la Universidad Northeastern.
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