Nuevo tejido con capacidad de 'escuchar'

Ingnieros del MIT han diseñado un tejido que funciona como un micrófono, convirtiendo el sonido en vibraciones mecánicas y luego en señales eléctricas, de forma similar a como escuchan nuestros oídos.

Todas las telas vibran en respuesta a los sonidos audibles, aunque estas vibraciones están en la escala de nanómetros, demasiado pequeñas para ser detectadas normalmente. Para capturar estas señales imperceptibles, los investigadores crearon una fibra flexible que, cuando se teje en una tela, se dobla con la tela como las algas marinas en la superficie del océano.

La fibra está diseñada a partir de un material "piezoeléctrico" que produce una señal eléctrica cuando se dobla o se deforma mecánicamente, proporcionando un medio para que la tela convierta las vibraciones del sonido en señales eléctricas.

La tela puede capturar sonidos que varían en decibelios, desde una biblioteca tranquila hasta el tráfico pesado, y determinar la dirección precisa de sonidos repentinos como aplausos. Cuando se teje en el forro de una camisa, la tela puede detectar las sutiles características del latido del corazón del usuario. Las fibras también se pueden hacer para generar sonido, como una grabación de palabras habladas, que otro tejido puede detectar.

Un estudio que detalla el diseño del equipo aparece en Nature. El autor principal, Wei Yan, quien ayudó a desarrollar la fibra como postdoctorado del MIT, ve muchos usos para las telas que escuchan.

"Usando una prenda acústica, puede hablar a través de ella para contestar llamadas telefónicas y comunicarse con otros", dice en un comunicado Yan, quien ahora es profesor asistente en la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur. "Además, este tejido puede interactuar imperceptiblemente con la piel humana, lo que permite a los usuarios controlar su estado cardíaco y respiratorio de manera cómoda, continua, en tiempo real y a largo plazo".

Los tejidos se utilizan tradicionalmente para amortiguar o reducir el sonido; los ejemplos incluyen la insonorización en las salas de conciertos y las alfombras en nuestros espacios habitables. Pero Fink y su equipo han trabajado durante años para remodelar los roles convencionales de la tela. Se enfocan en extender las propiedades de los materiales para hacer que las telas sean más funcionales. Al buscar formas de hacer telas sensibles al sonido, el equipo se inspiró en el oído humano.

El sonido audible viaja a través del aire como ligeras ondas de presión. Cuando estas ondas llegan a nuestro oído, un órgano tridimensional exquisitamente sensible y complejo, la membrana timpánica o tímpano, utiliza una capa circular de fibras para traducir las ondas de presión en vibraciones mecánicas. Estas vibraciones viajan a través de pequeños huesos hacia el oído interno, donde la cóclea convierte las ondas en señales eléctricas que el cerebro detecta y procesa.

Inspirándose en el sistema auditivo humano, el equipo buscó crear un "oído" de tela que fuera suave, duradero, cómodo y capaz de detectar el sonido. Su investigación condujo a dos descubrimientos importantes: dicha tela tendría que incorporar fibras rígidas o de "módulo alto" para convertir efectivamente las ondas sonoras en vibraciones. Y el equipo tendría que diseñar una fibra que pudiera doblarse con la tela y producir una salida eléctrica en el proceso.

Con estas pautas en mente, el equipo desarrolló un bloque de materiales en capas llamado preforma, hecho de una capa piezoeléctrica e ingredientes para mejorar las vibraciones del material en respuesta a las ondas de sonido. La preforma resultante, del tamaño de un marcador grueso, se calentó y se estiró como un caramelo en fibras delgadas de 40 metros de largo.

Los investigadores probaron la sensibilidad de la fibra al sonido uniéndola a una hoja suspendida de mylar (papel que está recubierto o hecho de una película de poliéster). Usaron un láser para medir la vibración de la hoja, y por extensión, la fibra, en respuesta al sonido reproducido a través de un altavoz cercano. El sonido variaba en decibelios entre una biblioteca silenciosa y un tráfico pesado. En respuesta, la fibra vibró y generó una corriente eléctrica proporcional al sonido reproducido.

"Esto demuestra que el rendimiento de la fibra en la membrana es comparable al de un micrófono de mano", dice Noel.

Luego, el equipo tejió la fibra con hilos convencionales para producir paneles de tela plegable y lavable a máquina. "Se siente casi como una chaqueta liviana, más liviana que la tela vaquera, pero más pesada que una camisa de vestir", dice Meiklejohn, quien tejió la tela con un telar estándar.

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