Por Troy Oakes
Tienes ¿problemas de audición? Sólo tienes que «subirte la camiseta». Ésa es la idea de un nuevo «tejido acústico» desarrollado por ingenieros del MIT y colaboradores de la Escuela de Diseño de Rhode Island.
El equipo diseñó un tejido que funciona como un micrófono, convirtiendo el sonido primero en vibraciones mecánicas y luego en señales eléctricas, de forma similar a como oyen nuestros oídos.
Todos los tejidos vibran en respuesta a los sonidos audibles, aunque estas vibraciones están en la escala de los nanómetros, demasiado pequeñas para ser percibidas normalmente.
Para captar estas señales imperceptibles, los investigadores crearon una fibra flexible que, cuando se teje en un tejido, se dobla con él como las algas de la superficie del océano. La fibra está diseñada a partir de un material «piezoeléctrico» que produce una señal eléctrica cuando se dobla o deforma mecánicamente, proporcionando un medio para que el tejido convierta las vibraciones sonoras en señales eléctricas.
El tejido puede captar sonidos de distintos decibelios, desde una silenciosa biblioteca hasta el intenso tráfico rodado, y determinar la dirección precisa de sonidos repentinos, como las «palmadas».
Cuando se teje en el interior de una camisa, el tejido puede detectar los rasgos sutiles del latido del corazón del usuario. Las fibras también pueden generar sonidos, como una grabación de palabras habladas, que otro tejido puede detectar. El estudio que detalla el diseño del equipo aparece hoy en Nature.
El autor principal, Wei Yan, que colaboró en el desarrollo de la fibra como postdoctorado del MIT, ve muchos usos para los tejidos que oyen. Yan, que ahora es profesor adjunto en la Universidad Tecnológica de Nanyang (Singapur), dijo:
«Llevando una prenda acústica, se podría hablar a través de ella para responder a las llamadas telefónicas y comunicarse con los demás. Además, este tejido puede interactuar imperceptiblemente con la piel humana, permitiendo a los usuarios controlar su estado cardíaco y respiratorio de forma cómoda, continua en tiempo real y a largo plazo»
Capas de sonido
Los tejidos se utilizan tradicionalmente para amortiguar o reducir el sonido; ejemplos de ello son la insonorización de las salas de conciertos y las moquetas de nuestros espacios vitales.
Fink y su equipo llevan años trabajando para remodelar las funciones convencionales de los tejidos. Se centran en ampliar las propiedades de los materiales para hacerlos más funcionales. Al buscar formas de fabricar tejidos que detecten el sonido, el equipo se inspiró en el oído humano.
El sonido audible viaja por el aire en forma de ligeras ondas de presión. Cuando estas ondas llegan a nuestros oídos, órganos tridimensionales exquisitamente sensibles y complejos, 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 hasta el oído interno, donde la cóclea convierte las ondas en señales eléctricas que son percibidas y procesadas por el cerebro.
Inspirándose en el sistema auditivo humano, el equipo trató de crear un «oído» de tela que fuera suave, duradero, cómodo y capaz de detectar el sonido. Su investigación condujo a dos descubrimientos importantes:
- Un tejido así tendría que incorporar fibras rígidas o de «alto módulo» para convertir eficazmente las ondas sonoras en vibraciones.
- Y el equipo tendría que diseñar una fibra que pudiera doblarse con el tejido y producir una salida eléctrica en el proceso.
Con estas directrices en mente, el equipo desarrolló un bloque de materiales en capas llamado preforma, hecho con una capa piezoeléctrica y con ingredientes para mejorar las vibraciones del material en respuesta a las ondas sonoras.
La preforma resultante, del tamaño de un rotulador grueso, se calentó y se estiró como si fuera un caramelo para obtener fibras finas de 40 metros de longitud.
Escuchar con ligereza
Los investigadores comprobaron la sensibilidad de la fibra al sonido fijándola a una lámina de mylar suspendida. Utilizaron un láser para medir la vibración de la lámina -y, por extensión, de la fibra- en respuesta al sonido reproducido a través de un altavoz cercano.
El sonido variaba en decibelios entre una biblioteca silenciosa y el tráfico intenso de la carretera. En respuesta, la fibra vibró y generó una corriente eléctrica proporcional al sonido reproducido.
Según Noel:
«Esto demuestra que el rendimiento de la fibra en la membrana es comparable al de un micrófono de mano»
A continuación, el equipo tejió la fibra con hilos convencionales para producir paneles de tejido drapeable y lavable a máquina.
Meiklejohn, que lo tejió con un telar estándar, dijo:
«Se siente casi como una chaqueta ligera: más ligera que la tela vaquera, pero más pesada que una camisa de vestir»
Cosió un panel a la espalda de una camisa, y el equipo probó la sensibilidad del tejido al sonido direccional aplaudiendo de pie en varios ángulos respecto a la camisa.
Noel señaló:
«El tejido fue capaz de detectar el ángulo del sonido con una precisión de 1 grado a una distancia de 3 metros»
Los investigadores prevén que un tejido detector de sonido direccional podría ayudar a las personas con pérdida de audición a sintonizar con un altavoz en medio de un entorno ruidoso.
El equipo también cosió una sola fibra en el interior de una camisa, justo sobre la región del pecho, y descubrió que detectaba con precisión los latidos del corazón de un voluntario sano, junto con sutiles variaciones en las características S1 y S2, o «lub-dub», del corazón.
Además de monitorizar el propio latido, Fink ve posibilidades de incorporar el tejido acústico a la ropa de maternidad para ayudar a controlar el latido del feto.
Por último, los investigadores invirtieron la función de la fibra para que no sirviera de detector de sonido, sino de altavoz. Grabaron una cadena de palabras habladas y alimentaron la grabación a la fibra en forma de voltaje aplicado.
La fibra convirtió las señales eléctricas en vibraciones audibles, que una segunda fibra pudo detectar.
Además de los audífonos portátiles, la ropa que se comunica y las prendas que registran las constantes vitales, el equipo ve aplicaciones más allá de la ropa.
Yan propuso:
«Puede integrarse en la piel de las naves espaciales para escuchar el polvo espacial (que se acumula), o incrustarse en edificios para detectar grietas o tensiones. Incluso puede tejerse en una red inteligente para vigilar a los peces en el océano. La fibra está abriendo amplias oportunidades»
Fink concluyó:
«Lo aprendido en esta investigación ofrece, literalmente, una nueva forma de que los tejidos escuchen nuestro cuerpo y el entorno que nos rodea. La dedicación de nuestros estudiantes, postdoctorales y personal al avance de la investigación, que siempre me ha maravillado, es especialmente relevante en este trabajo que se llevó a cabo durante la pandemia«
Proporcionado por Jennifer Chu, Instituto Tecnológico de Massachusetts
