Usando un proceso de fabricaci\u00f3n novedoso, los investigadores del MIT han producido textiles inteligentes que se ajustan c\u00f3modamente al cuerpo para que puedan sentir la postura y los movimientos del usuario. Al incorporar un tipo especial de hilo de pl\u00e1stico y usar calor para derretirlo ligeramente, un proceso llamado termoformado, los investigadores pudieron mejorar en gran medida la precisi\u00f3n de los sensores de presi\u00f3n tejidos en textiles de punto multicapa, a los que llaman 3DKnITS.<\/p>\n\n\n\n
Utilizaron este proceso para crear un zapato y una alfombra “inteligentes”, y luego construyeron un sistema de hardware y software para medir e interpretar los datos de los sensores de presi\u00f3n en tiempo real. El sistema de aprendizaje autom\u00e1tico predijo movimientos y posturas de yoga realizadas por una persona de pie sobre la alfombra textil inteligente con una precisi\u00f3n de aproximadamente el 99%.<\/p>\n\n\n\n
Su proceso de fabricaci\u00f3n, que aprovecha la tecnolog\u00eda de tejido digital, permite la creaci\u00f3n r\u00e1pida de prototipos y se puede ampliar f\u00e1cilmente para la fabricaci\u00f3n a gran escala, dice Irmandy Wicaksono, asistente de investigaci\u00f3n en el MIT Media Lab y autor principal de un art\u00edculo que presenta 3DKnITS. La t\u00e9cnica podr\u00eda tener muchas aplicaciones, especialmente en el cuidado de la salud y la rehabilitaci\u00f3n. Por ejemplo, podr\u00eda usarse para producir zapatos inteligentes que sigan el paso de alguien que est\u00e1 aprendiendo a caminar nuevamente despu\u00e9s de una lesi\u00f3n, o calcetines que controlen la presi\u00f3n en el pie de un paciente diab\u00e9tico para prevenir la formaci\u00f3n de \u00falceras.<\/p>\n\n\n\n
“Con el tejido digital, tiene la libertad de dise\u00f1ar sus propios patrones y tambi\u00e9n de integrar sensores dentro de la estructura misma, de modo que se vuelve uniforme y c\u00f3modo, y puede desarrollarlo en funci\u00f3n de la forma de su cuerpo”, dice Wicaksono.<\/p>\n\n\n\n
Escribi\u00f3 el art\u00edculo con los estudiantes de pregrado del MIT Peter G. Hwang, Samir Droubi y Allison N. Serio a trav\u00e9s del Programa de Oportunidades de Investigaci\u00f3n de Pregrado; Franny Xi Wu, reci\u00e9n graduada del Wellesley College; Wei Yan, profesor asistente de la Universidad Tecnol\u00f3gica de Nanyang; y el autor principal Joseph A. Paradiso, profesor Alexander W. Dreyfoos y director del grupo Responsive Environments dentro del Media Lab. La investigaci\u00f3n se presentar\u00e1 en la Conferencia de la Sociedad de Ingenier\u00eda en Medicina y Biolog\u00eda del IEEE.<\/p>\n\n\n\n
“Algunos de los primeros trabajos pioneros sobre telas inteligentes ocurrieron en el Media Lab a finales de los 90. Los materiales, la electr\u00f3nica integrable y las m\u00e1quinas de fabricaci\u00f3n han avanzado enormemente desde entonces”, dice Paradiso. “Es un buen momento para ver que nuestra investigaci\u00f3n regresa a esta \u00e1rea, por ejemplo, a trav\u00e9s de proyectos como el de Irmandy, que apuntan a un futuro emocionante donde la detecci\u00f3n y las funciones se difunden de manera m\u00e1s fluida en los materiales y abren enormes posibilidades”.<\/p>\n\n\n\n
Conocimientos de tejido Pero el hilo es suave y flexible, por lo que las capas se mueven y se frotan entre s\u00ed cuando el usuario se mueve. Esto genera ruido y provoca una variabilidad que hace que los sensores de presi\u00f3n sean mucho menos precisos.<\/p>\n\n\n\n A Wicaksono se le ocurri\u00f3 una soluci\u00f3n a este problema mientras trabajaba en una f\u00e1brica de tejidos en Shenzhen, China, donde pas\u00f3 un mes aprendiendo a programar y mantener m\u00e1quinas de tejer digitales. Observ\u00f3 a los trabajadores que fabricaban zapatillas con hilos termopl\u00e1sticos que comenzaban a derretirse cuando se calentaban a m\u00e1s de 70\u00b0C, lo que endurece ligeramente el tejido para que pueda mantener una forma precisa. Decidi\u00f3 intentar incorporar la fusi\u00f3n de fibras y el termoformado en el proceso de fabricaci\u00f3n de textiles inteligentes.<\/p>\n\n\n\n “El termoformado realmente resuelve el problema del ruido porque endurece el tejido multicapa en una sola capa esencialmente apretando y derritiendo todo el tejido, lo que mejora la precisi\u00f3n. Ese termoformado tambi\u00e9n nos permite crear formas 3D, como un calcet\u00edn o un zapato, que en realidad adaptarse al tama\u00f1o y la forma precisos del usuario”, dice.<\/p>\n\n\n\n Una vez que perfeccion\u00f3 el proceso de fabricaci\u00f3n, Wicaksono necesitaba un sistema para procesar con precisi\u00f3n los datos del sensor de presi\u00f3n. Dado que la tela se teje como una cuadr\u00edcula, elabor\u00f3 \u200b\u200bun circuito inal\u00e1mbrico que escanea filas y columnas en la tela y mide la resistencia en cada punto. Dise\u00f1\u00f3 este circuito para superar los artefactos causados \u200b\u200bpor ambig\u00fcedades “fantasmas”, que ocurren cuando el usuario ejerce presi\u00f3n sobre dos o m\u00e1s puntos separados simult\u00e1neamente.<\/p>\n\n\n\n Inspir\u00e1ndose en las t\u00e9cnicas de aprendizaje profundo para la clasificaci\u00f3n de im\u00e1genes, Wicaksono ide\u00f3 un sistema que muestra los datos del sensor de presi\u00f3n como un mapa de calor. Esas im\u00e1genes se alimentan a un modelo de aprendizaje autom\u00e1tico, que est\u00e1 entrenado para detectar la postura, la pose o el movimiento del usuario en funci\u00f3n de la imagen del mapa de calor.<\/p>\n\n\n\n An\u00e1lisis de actividades La alta precisi\u00f3n de 3DKnITS podr\u00eda hacerlos \u00fatiles para aplicaciones en pr\u00f3tesis, donde la precisi\u00f3n es esencial. Un forro textil inteligente podr\u00eda medir la presi\u00f3n que ejerce una pr\u00f3tesis sobre el encaje, lo que le permite al prot\u00e9sico ver f\u00e1cilmente qu\u00e9 tan bien se ajusta el dispositivo, dice Wicaksono.<\/p>\n\n\n\n \u00c9l y sus colegas tambi\u00e9n est\u00e1n explorando aplicaciones m\u00e1s creativas. En colaboraci\u00f3n con un dise\u00f1ador de sonido y una bailarina contempor\u00e1nea, desarrollaron una alfombra textil inteligente que impulsa notas musicales y paisajes sonoros basados \u200b\u200ben los pasos de la bailarina, para explorar la relaci\u00f3n bidireccional entre la m\u00fasica y la coreograf\u00eda. Esta investigaci\u00f3n fue presentada recientemente en la Conferencia de Creatividad y Cognici\u00f3n de ACM.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Para producir un textil inteligente, los investigadores utilizan una m\u00e1quina de tejer digital que entreteje capas de tela con filas de hilo est\u00e1ndar y funcional. El tejido de punto multicapa se compone de dos capas de tejido de hilo conductor intercaladas alrededor de un tejido piezorresistivo, que cambia su resistencia cuando se aprieta. Siguiendo un patr\u00f3n, la m\u00e1quina cose este hilo funcional en todo el textil en filas horizontales y verticales. Donde las fibras funcionales se cruzan, crean un sensor de presi\u00f3n, explica Wicaksono.<\/p>\n\n\n\n
<\/strong>Una vez entrenado, el modelo pod\u00eda clasificar la actividad del usuario en la alfombra inteligente (caminar, correr, hacer flexiones, etc.) con un 99,6% de precisi\u00f3n y pod\u00eda reconocer siete posturas de yoga con un 98,7% de precisi\u00f3n. Tambi\u00e9n utilizaron una m\u00e1quina de tejer circular para crear un zapato textil inteligente ajustado a la forma con 96 puntos de detecci\u00f3n de presi\u00f3n repartidos por todo el tejido 3D. Usaron el zapato para medir la presi\u00f3n ejercida en diferentes partes del pie cuando el usuario pateaba una pelota de f\u00fatbol.<\/p>\n\n\n\n