據外媒報道，麻省理工學院和瑞典的研究人員開發的一種新型纖維可以被製成衣服，它可以感知衣服被拉伸或壓縮的程度，然後以壓力、側向拉伸或振動的形式提供即時的觸覺反饋。該團隊建議，這種織物可用於幫助訓練歌手或運動員更好地控制他們的呼吸，或幫助從疾病或手術中恢復的病人恢復他們的呼吸模式。
這種多層纖維在中間含有一個流體通道，可以由一個流體系統激活。該系統通過向通道內加壓和釋放流體介質（如水）來控制纖維的幾何形狀，使纖維能夠作為一種人造肌肉發揮作用。這些纖維還包含可拉伸的傳感器，可以檢測和測量纖維的拉伸程度。由此產生的複合纖維足夠薄和靈活，可以使用標準的商業機器進行縫製、編織或針織。
這種被稱為OmniFibers的纖維本周將在美國計算機協會的用戶界面軟件和技術在線會議上發表，論文作者包括麻省理工學院的訪問博士生和研究成員Ozgun Kilic Afsar、Jerome B. Wiesner媒體藝術和科學教授Hiroshi Ishii以及來自麻省理工學院媒體實驗室、烏普薩拉大學和瑞典KTH皇家理工學院的其他八位研究人員。
此外，這種新的纖維架構有一些關鍵特徵。其極窄的尺寸和廉價材料的使用使其相對容易將纖維構造成各種織物形式。它還與人類皮膚相容，因為它的外層是基於一種與普通聚酯相似的材料。而且，它的快速反應時間和它所能施加的力量的強度和多樣性使得它可以成為一個快速反饋系統，用於培訓或使用觸覺（基於觸覺）的遠程通信。
Afsar說，現有的大多數人造肌肉纖維的缺點是，它們要麼是熱激活的，在與人類皮膚接觸使用時可能導致過熱，要麼是功率效率低或訓練過程過於繁瑣。她表示，這些系統通常有緩慢的反應和恢復時間，限制了它們在需要快速反饋的應用中的直接可用性。
作為該材料的初步測試應用，該團隊製作了一種內衣，歌手可以穿上它來監測和回放呼吸肌肉的運動，以後通過同一件衣服提供運動反饋，以鼓勵最佳姿勢和呼吸模式，達到理想的聲樂表現。在這件衣服的設計和製作過程中，Afsar與一位受過古典訓練的歌劇歌手Kelsey Cotton密切合作。
Afsar表示：”我真的想以一種有形的形式捕捉這種專業知識。研究人員讓這位歌手在穿着由他們的機器人纖維製成的服裝時進行表演，並從編織在服裝上的應變傳感器中記錄運動數據。然後，他們將傳感器數據轉化為相應的觸覺反饋。我們最終能夠在紡織品中實現我們想要的傳感和驅動模式，記錄和重放複雜的動作，我們可以從專家歌手的生理學中捕捉到這些動作，並將其移植到非歌手、新手學習者的身上。因此，我們不只是從專家那裡捕捉到這些知識，而且我們能夠將這些知識以觸覺的方式傳遞給剛剛學習的人。”
Afsar稱，儘管這一初步測試是在聲樂教育學的背景下進行的，但同樣的方法可以用來幫助運動員學習如何在特定情況下最好地控制自己的呼吸，其依據是監測有成就的運動員進行各種活動並刺激正在發揮作用的肌肉群。最終，研究人員希望這種服裝也能用於幫助病人在做完大手術或患呼吸道疾病（如Covid-19）后恢復健康的呼吸模式，甚至作為睡眠呼吸暫停的替代治療方法。
呼吸的生理學實際上是相當複雜的，Afsar解釋說，她正在進行這項工作，作為她在瑞典皇家理工學院博士論文的一部分。她說：“我們並不十分清楚我們使用哪些肌肉，以及呼吸的生理學包括什麼。因此，他們設計的服裝有獨立的模塊，在穿戴者吸氣和呼氣時監測不同的肌肉群，並能重放個別動作以刺激每個肌肉群的激活。”
Hiroshi Ishii說，他可以預見到這項技術的各種應用。“每個人都必須要呼吸。呼吸對生產力、信心和表現有重大影響，”他說。“呼吸對唱歌很重要，而且這對從手術或抑鬱症中恢復時也有幫助。例如，呼吸對冥想是如此重要。”
他表示，該系統也可能對訓練除呼吸之外的其他類型的肌肉運動有幫助。例如，”我們的許多藝術家學習了令人驚嘆的書法，但我想感受一下毛筆的筆觸動態，”這可能通過這種閉環反饋材料製成的袖子和手套來實現。他建議，奧林匹克運動員可以通過穿着一件再現著名運動員（無論是舉重運動員還是滑雪運動員）動作的服裝來磨練他們的技能。
這種類似於紗線的軟纖維複合材料有五層：最裡面的液體通道、用於容納工作液體的硅基彈性管、以電阻變化的形式檢測應變的軟可拉伸傳感器、控制纖維外部尺寸的編織聚合物可拉伸外網，以及為整體可擴展性提供機械約束的非拉伸長絲。
“在這項研究中，纖維級工程和織物級設計很好地結合在一起，”卡內基·梅隆大學人機交互助理教授姚立寧說，她沒有參與這項研究。這項工作展示了 “不同的機器編織技術，包括鑲嵌和主動間隔織物，推進了有關將致動纖維嵌入紡織品的方式的最先進水平，”她說。“當我們談論與致動織物的可穿戴互動時，整合應變感應和反饋是至關重要的。”
Afsar計劃繼續努力使整個系統，包括其控制電子設備和壓縮空氣供應，更加微型化，以保持其儘可能不引人注目，並開發製造系統，以便能夠生產更長的長絲。在未來幾個月里，她計劃開始實驗使用該系統將技能從專家傳授給歌手，隨後探索不同類型的運動實踐，包括編舞和舞者的運動。