Tejidos robóticos con los que monitorear y corregir la respiración de los pacientes, así es OmniFiber. Esta tela similar a un músculo artificial se presenta como una solución para mejorar las técnicas de respiración en atletas, cantantes o personas en rehabilitación como los enfermos de COVID-19, que han quedado en España con secuelas respiratorias.

La ingeniería de materiales es una rama de la ciencia en crecimiento de la que se espera conseguir el desarrollo de nuevos materiales para la exploración espacial, así como tejidos enfocados a la salud o la construcción de robots. Para mejorar la salud, el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) junto al KTH de Suecia han presentado OmniFiber.

Este tejido compuesto de un sistema fluido, se comprime y relaja como si de un músculo se tratara. De esta forma, sirve como faja compresora con la que monitorear la respiración del paciente, aunque sus creadores sugieren otros posibles usos como guantes con los que corregir la caligrafía.

¿Cómo funciona?

La respiración suele ser una tarea del cuerpo casi inconsciente a la que las personas no dedican mucha atención a lo largo del día. Sin embargo, a la hora de hacer ejercicio, aprender a cantar, meditar o recuperarse de una operación se acaba aprendiendo la importancia que tiene usar los músculos implicados en esta tarea de forma correcta.

En este aprendizaje, OmniFiber podría utilizarse para crear prendas capaces de detectar el movimiento de los músculos. Mediante sensores en la fibra se analiza la respiración del paciente, para después proporcionar una respuesta táctil personalizada con la que corregir la respiración presionando y relajando diferentes puntos del cuerpo.

El material se compone de una red de fibras que forman un canal fluido, es decir, por el cual fluye agua o aire comprimido. Esa presión simula los impulsos eléctricos que manda el cerebro a los músculos por el sistema nervioso y que se traducen en reacciones químicas que comprimen y relajan el tejido muscular.

Los sensores extensibles de las fibras miden el grado de estiramiento que adopta el tejido en cada momento. Con esos datos, el equipo a cargo de este proyecto ha conseguido monitorear la respiración de un cantante profesional y después trasladar el movimiento al cuerpo de un novato con la misma faja compresora. "No solo estamos capturando este conocimiento de un experto, sino que podemos transferirlo hápticamente a alguien que está aprendiendo ”, explica Ozgun Kilic Afsar, estudiante del doctorado dentro del proyecto.

Tras detectar los movimientos musculares del primer individuo, el sistema recrea esa secuencia de forma artificial en otro sujeto. Esta segunda persona nota como el tejido se comprime y relaja sobre su cuerpo y puede aprender de una forma más directa qué músculo debe activar. Imagina sentir como se comprime sentir en persona el grupo de músculos que tu entrenador te está indicando.

OmniFiber se compone de cinco capas: el canal de fluido interno, un tubo elastomérico (sin metal y elástico) a base de silicona para contener el fluido, un sensor elástico suave que detecta la tensión mediante resistencia eléctrica, un polímero trenzado de malla estirable que controla la dimensión de la fibra y un filamento no elástico para aportar una restricción mecánica a la flexibilidad del resto de componentes.

Fácil de tricotar

El proyecto se ha desarrollado en colaboración con un equipo del MIT, la Universidad de Uppsala y el KTH Royal Insittute of Technology de Suecia. Sus autores, entre ellos Ozgun Kilic Afsar, estudiante del doctorado, explican en un artículo para ACM como se han servido de la robótica blanda y la investigación en ciencia de materiales para crear este tejido.

Afsar defiende ante la revista MIT News las mejoras que aporta este diseño frente a otras fibras musculares artificiales. Al contrario que OmniFiber, otros proyectos se basan en la activación térmica, provocando sobrecalentamiento si se usa en contacto con el cuerpo. Además, alega que los tiempos de respuesta son más cortos que los de este invento.

Una de las principales ventajas que presenta OmniFiber para su aplicación práctica por todo el mundo es la sencillez con la que se puede manipular. Al ser las fibras suficientemente delgadas (el exterior es inferior a 1,8 mm) y flexibles, es posible coserlas y crear prendas tricotadas con máquinas estándar, por lo que no sería un proceso costoso.

Del esquí al ballet

Afsar, realiza este trabajo como parte de su tesis doctoral para el KTH Royal Institute of Technology, junto a otros especialistas como Hiroshi Ishii, profesor Jerome B. Wiesner de Artes y Ciencias de los Medios en el Laboratorio de Medios del MIT.

Ambos recalcan la versatilidad que puede tener este tejido en múltiples ámbitos empezando por la respiración, que "tiene un gran impacto en la productividad, la confianza y el rendimiento" de las personas según Ishii. Hasta los movimientos musculares de las manos y mejorar las capacidades motrices o la caligrafía de una persona.

En el video de muestra que aporta el equipo de investigación se muestra también una estructura robótica que simula el comportamiento de la columna vertebral. Esta aplicación serviría tanto para personas en rehabilitación, como para deportistas. 

Los investigadores ponen como ejemplo el caso de los levantadores de pesas o los esquiadores que deben activar unos músculos de forma precisa para no lesionarse en las competiciones. Mediante el estudio de deportistas de élite, otros competidores podrían prepararse para pruebas deportivas de alto nivel como los Juegos Olímpicos.

Aunque el resultado del proyecto ya ha sido publicado, Asfar asegura que seguirá trabajando para mejorar el sistema. Pretenden reducir más su tamaño para que el tejido sea lo más discreto posible y que en la fabricación sea posible crear filamentos más largos. Además, en los próximos meses comenzarán varios experimentos con cantantes y, después, planean poner en práctica el sistema con otras disciplinas como el ballet profesional.

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