麻省理工學(xué)院和瑞典的研究人員開發(fā)的一種新型纖維可以制成衣服，它可以感知它被拉伸或壓縮的程度，然后以壓力、橫向拉伸或振動的形式提供即時的觸覺反饋。該團隊建議，此類面料可用于幫助訓(xùn)練歌手或運動員更好地控制呼吸的服裝，或幫助患者從疾病或手術(shù)中恢復(fù)以恢復(fù)呼吸模式。

多層纖維在中心包含一個流體通道，可以通過流體系統(tǒng)激活。該系統(tǒng)通過將流體介質(zhì)（例如壓縮空氣或水）加壓并釋放到通道中來控制纖維的幾何形狀，從而使纖維充當(dāng)人造肌肉。纖維還包含可拉伸傳感器，可以檢測和測量纖維的拉伸程度。由此產(chǎn)生的復(fù)合纖維足夠細(xì)且柔韌，可以使用標(biāo)準(zhǔn)商用機器進(jìn)行縫紉、機織或針織。

這種被稱為OmniFibers的纖維將在本周計算機協(xié)會用戶界面軟件和技術(shù)在線會議上發(fā)表。

新的光纖架構(gòu)具有許多關(guān)鍵特性。其極窄的尺寸和廉價材料的使用使得將纖維構(gòu)造成各種織物形式變得相對容易。它還與人體皮膚相容，因為它的外層是基于類似于普通聚酯的材料。而且，它的快速響應(yīng)時間以及它可以傳遞的力量的強度和多樣性允許使用觸覺（基于觸覺）進(jìn)行訓(xùn)練或遠(yuǎn)程通信的快速反饋系統(tǒng)。

Afsar說，大多數(shù)現(xiàn)有人造肌肉纖維的缺點是它們要么是熱激活的，當(dāng)與人體皮膚接觸時會導(dǎo)致過熱，要么它們的功率效率低或訓(xùn)練過程繁重。她說，這些系統(tǒng)通常具有緩慢的響應(yīng)和恢復(fù)時間，限制了它們在需要快速反饋的應(yīng)用程序中的直接可用性。

作為該材料的初始測試應(yīng)用，該團隊制作了一種歌手可以穿著的內(nèi)衣來監(jiān)測和回放呼吸肌的運動，然后通過同一件衣服提供動覺反饋，以鼓勵最佳姿勢和呼吸模式以達(dá)到所需聲樂表演?！俺桦x家特別近，因為我媽媽是一名歌劇演員。她是一名女高音，”她說。在這件衣服的設(shè)計和制作過程中，Afsar與受過古典訓(xùn)練的歌劇歌手Kelsey Cotton密切合作。

“我真的很想以有形的形式捕捉這種專業(yè)知識，”Afsar說。研究人員讓這位歌手在穿著由他們的機器人纖維制成的服裝時進(jìn)行表演，并記錄來自編織在服裝中的應(yīng)變傳感器的運動數(shù)據(jù)。然后，他們將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的觸覺反饋?！拔覀冏罱K能夠在紡織品中實現(xiàn)我們想要的傳感和驅(qū)動模式，記錄和重放我們可以從專業(yè)歌手的生理學(xué)中捕捉到的復(fù)雜運動，并將其轉(zhuǎn)換為非歌手，一個新手學(xué)習(xí)者的身體。因此，我們不僅僅是從專家那里獲取這些知識，而且我們還能夠?qū)⑵鋫鬟f給剛剛學(xué)習(xí)的人，”她說。

雖然這個初步測試是在聲樂教育的背景下進(jìn)行的，但同樣的方法可以用來幫助運動員學(xué)習(xí)如何在給定情況下最好地控制他們的呼吸，基于監(jiān)測完成各種活動和刺激肌肉群的運動員Afsar說，這些都在起作用。最終，希望這些服裝也可以用于幫助患者在大手術(shù)或Covid-19等呼吸道疾病后恢復(fù)健康的呼吸模式，甚至作為睡眠呼吸暫停的替代療法（Afsar小時候患有這種疾病，她說）。

該系統(tǒng)還可用于訓(xùn)練除呼吸之外的其他類型的肌肉運動。例如，“我們的許多藝術(shù)家學(xué)習(xí)了驚人的書法，但我想感受筆觸的動態(tài)”，這可能是用這種閉環(huán)反饋材料制成的袖子和手套來完成的。他建議，奧林匹克運動員可以通過穿著模仿頂級運動員（無論是舉重運動員還是滑雪運動員）動作的服裝來提高他們的技能。

這種類似于紗線的軟纖維復(fù)合材料有五層：最里面的流體通道、包含工作流體的基于硅樹脂的彈性管、可檢測應(yīng)變?yōu)殡娮枳兓娜彳浛衫靷鞲衅?、編織聚合物控制纖維外部尺寸的可拉伸外網(wǎng)，以及對整體可延展性提供機械約束的非拉伸長絲。

“纖維級工程和織物級設(shè)計在這項研究中得到了很好的結(jié)合，”卡內(nèi)基梅隆大學(xué)人機交互助理教授李寧說，他與這項研究沒有關(guān)系。她說，這項工作展示了“不同的機器針織技術(shù)，包括鑲嵌和主動間隔織物，推進(jìn)了將驅(qū)動纖維嵌入紡織品的最先進(jìn)技術(shù)”。“當(dāng)我們談?wù)摽纱┐髟O(shè)備與驅(qū)動織物的交互時，集成應(yīng)變傳感和反饋是必不可少的?！?/span>

Afsar計劃繼續(xù)致力于使整個系統(tǒng)（包括其控制電子設(shè)備和壓縮空氣供應(yīng)）更加小型化以使其盡可能不引人注目，并開發(fā)制造系統(tǒng)以能夠生產(chǎn)更長的長絲。在接下來的幾個月里，她計劃開始嘗試使用該系統(tǒng)將技能從專家轉(zhuǎn)移到新手歌手，然后探索不同類型的動作練習(xí)，包括編舞和舞者的動作。

值得一提的是，該纖維制成的衣物反應(yīng)靈敏，還能夠承受多種力量強度形成一個快速反饋系統(tǒng)，未來，其或還可用于培訓(xùn)或使用基于觸覺的遠(yuǎn)程通信。