Această țesătură îți poate auzi bătăile inimii

Într-o zi, hainele noastre ar putea asculta coloana sonoră a vieții noastre, capturând zgomotele din jurul și din interiorul nostru.

O nouă fibră acționează ca un microfon – captează vorbirea, foșnetul frunzelor și ciripitul păsărilor – și transformă aceste semnale acustice în semnale electrice. Țesut într-o țesătură, materialul poate chiar să audă bătăi de mână și sunete slabe, cum ar fi bătăile inimii purtătorului său, cercetătorii raportează 16 martie în Nature. Astfel de țesături ar putea oferi o modalitate confortabilă, neintruzivă – chiar și la modă – de monitorizare a funcțiilor corpului sau de ajutor pentru auz.

Țesăturile acustice există poate de sute de ani, dar sunt folosite pentru a atenua sunetul, spune Wei Yan, cercetător în domeniul materialelor la Universitatea Tehnologică Nanyang din Singapore. Țesătura ca microfon este „un concept total diferit”, spune Yan, care a lucrat la țesătură în timp ce lucra la MIT.

Yan și colegii săi au fost inspirați de timpanul uman. Undele sonore provoacă vibrații în timpan, care sunt convertite în semnale electrice de către cohlee. „Se pare că acest timpan este alcătuit din fibre”, spune Yoel Fink, cercetător în domeniul materialelor la MIT. În straturile interioare ale timpanului, fibrele de colagen radiază din centru, în timp ce altele formează inele concentrice. Fibrele încrucișate joacă un rol în auz și arată asemănător cu țesăturile pe care le împletesc oamenii, spune Fink.

În mod analog cu ceea ce se întâmplă într-un timpan, sunetul vibrează țesătura la scară nanometrică. În noua țesătură, fibrele de bumbac și altele dintr-un material oarecum rigid numit Twaron convertesc eficient sunetul primit în vibrații. Împreună cu aceste fire este țesută o singură fibră care conține un amestec de materiale piezoelectrice, care produc o tensiune atunci când sunt presate sau îndoite (SN: 8/22/17). Încovoierea și îndoirea fibrei care conține piezoelectric creează semnale electrice care pot fi trimise printr-o placă de circuit minusculă către un dispozitiv care citește și înregistrează tensiunea.

Microfonul din țesătură este sensibil la o gamă largă de niveluri de zgomot, de la o bibliotecă liniștită la traficul greu, raportează echipa, deși continuă să investigheze ce procesare a semnalului este necesară pentru a despărți sunetele țintă de zgomotul ambiental. Integrată în îmbrăcăminte, această țesătură cu senzori de sunet se simte ca o țesătură obișnuită, spune Yan. Și a continuat să funcționeze ca un microfon după ce a fost spălată de 10 ori.

imagine a fibrei speciale țesute în țesătură albastră și verde
Țesută în țesătură, o fibră specializată (în imagine, în centru) creează semnale electrice atunci când este îndoită sau îndoită, transformând întregul material într-un microfon.Fink Lab/MIT, Elizabeth Meiklejohn/RISD, Greg Hren

Materialele piezoelectrice au un „potențial uriaș” pentru aplicații, de la observarea funcției corpurilor până la monitorizarea integrității materialelor aeronavelor, spune Vijay Thakur, un cercetător în domeniul materialelor de la Colegiul Rural din Edinburgh din Scoția, care nu a luat parte la această lucrare. Acestea au fost propuse chiar și pentru generarea de energie, dar, spune el, multe utilizări au fost limitate de tensiunile mici pe care le produc (SN: 10/1/15). Modul în care sunt realizate fibrele din această țesătură – intercalarea unui amestec de materiale piezoelectrice între alte componente, inclusiv un material exterior flexibil și elastic – concentrează energia vibrațiilor în stratul piezoelectric, îmbunătățind semnalul produs de acesta.

Ca dovadă a conceptului, echipa a încorporat țesătura într-o cămașă, care ar putea auzi inima purtătorului său, așa cum face un stetoscop. Folosit în acest mod, microfonul din țesătură ar putea asculta murmurele și ar putea într-o zi să ofere informații similare cu o ecocardiogramă, o ecografie a inimii, spune Thakur. Dacă se dovedește eficient ca instrument de monitorizare și diagnosticare, plasarea unor astfel de microfoane în haine ar putea într-o zi să le faciliteze medicilor urmărirea afecțiunilor cardiace la copiii mici, care au probleme în a sta nemișcați, spune el.

Echipa anticipează, de asemenea, că microfoanele din țesătură ar putea ajuta la auz și comunicare. Un alt tricou creat de echipă avea două fibre piezoelectrice distanțate pe spatele tricoului. Pe baza momentului în care fiecare fibră a captat sunetul, această cămașă poate fi folosită pentru a detecta direcția din care a venit o bătaie de palme. Iar atunci când sunt conectate la o sursă de energie, microfoanele din țesătură pot proiecta sunetul ca un difuzor.

„În ultimii 20 de ani, am încercat să introducem un nou mod de a gândi despre țesături”, spune Fink. Dincolo de faptul că oferă frumusețe și căldură, țesăturile pot ajuta la rezolvarea problemelor tehnologice. Și poate, spune Fink, pot înfrumuseța și tehnologia.