옴니파이버(OmniFibers): 호흡 조절로 수행능력과 회복 돕는 스마트 원단

옴니파이버(OmniFibers)라는 새로운 종류의 섬유는 얼마나 늘어나거나 압축되는지 감지한 다음 압력, 측면 스트레치, 진동 형태의 즉각적인 촉각 피드백을 제공하는 의류로 제작될 수 있습니다. 이러한 원단은 가수나 운동선수가 호흡을 더 잘 제어하도록 훈련하거나 질병이나 수술 후 회복 중인 환자가 호흡 패턴을 회복하는 데 도움이 되는 의류에 사용될 수 있습니다.

다층 섬유 중심에는 유체 채널이 있어 유체 시스템으로 활성화할 수 있습니다. 이 시스템은 압축 공기나 물 같은 유체 매질을 채널에 가압 및 방출하여 섬유의 지오메트리를 제어함으로써 섬유가 인공 근육처럼 작동하게 합니다. 섬유에는 또한 섬유의 신장 정도를 감지하고 측정할 수 있는 신축성 센서가 포함되어 있습니다. 결과적인 복합 섬유는 얇고 유연하여 표준 상업용 기계로 재봉, 직조, 편직할 수 있습니다.

실 가닥과 유사한 부드러운 섬유 복합체는 5개 층으로 구성됩니다: 가장 안쪽 유체 채널, 작동 유체를 담는 실리콘 기반 엘라스토머 튜브, 전기 저항 변화로 변형을 감지하는 부드러운 신축성 센서, 섬유 외부 치수를 제어하는 편조 폴리머 신축성 외부 메쉬, 전체 신장성에 기계적 제약을 제공하는 비신축성 필라멘트.

새로운 섬유 구조의 극도로 좁은 크기와 저렴한 소재 사용으로 다양한 원단 형태로 섬유를 구조화하기가 상대적으로 쉽습니다. 외부 층이 일반적인 폴리에스터와 유사한 소재를 기반으로 하므로 피부와도 호환됩니다. 빠른 반응 시간과 전달할 수 있는 힘의 강도와 다양성으로 훈련이나 햅틱(촉각 기반) 원격 통신을 위한 빠른 피드백 시스템을 허용합니다.

기존 인공 근육 섬유의 단점은 열로 활성화되어 피부 접촉 시 과열을 유발하거나, 전력 효율이 낮거나 훈련 과정이 힘들다는 점입니다. 이러한 시스템은 종종 느린 반응과 회복 시간을 가져 즉각적인 피드백이 필요한 애플리케이션에서의 즉각적 사용성을 제한합니다.

이 소재의 초기 테스트 애플리케이션으로 팀은 가수가 착용하여 호흡 근육의 움직임을 모니터링하고 재생한 다음, 같은 의복을 통해 운동 감각 피드백을 제공하여 원하는 보컬 수행을 위한 최적의 자세와 호흡 패턴을 유도하는 속옷 유형을 만들었습니다. 팀은 옴니파이버로 만든 의복을 입은 가수가 수행하는 동안 의복에 직조된 변형 센서에서 움직임 데이터를 기록했습니다. 그런 다음 센서 데이터를 해당 촉각 피드백으로 변환했습니다.

같은 접근법으로 운동선수가 주어진 상황에서 호흡을 최적으로 제어하는 방법을 배우는 데 도움을 줄 수 있습니다. 숙련된 운동선수를 모니터링하여 다양한 활동을 수행하고 작동 중인 근육 그룹을 자극하는 기반으로 말입니다. 결국 이러한 의복은 주요 수술이나 COVID-19 같은 호흡기 질환 후 환자가 건강한 호흡 패턴을 되찾는 것을 돕거나, 수면 무호흡증의 대체 치료법으로도 사용될 수 있습니다.

팀은 제어 전자장치와 압축 공기 공급장치를 포함하여 전체 시스템을 더 소형화하여 가능한 한 눈에 띄지 않게 만들고, 더 긴 필라멘트를 생산할 수 있는 제조 시스템을 개발하는 작업을 계속할 예정입니다.