I tessuti intelligenti rilevano come si muovono i loro utenti

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Utilizzando un nuovo processo di fabbricazione, i ricercatori del MIT hanno prodotto tessuti intelligenti che si adattano perfettamente al corpo in modo da poter percepire la postura e i movimenti di chi li indossa.

Incorporando un tipo speciale di filo di plastica e utilizzando il calore per scioglierlo leggermente – un processo chiamato termoformatura – i ricercatori sono stati in grado di migliorare notevolmente la precisione dei sensori di pressione intrecciati nei tessuti a maglia multistrato, che chiamano 3DKnITS.

Hanno utilizzato questo processo per creare una scarpa e un tappetino “intelligenti”, quindi hanno costruito un sistema hardware e software per misurare e interpretare i dati provenienti dai sensori di pressione in tempo reale. Il sistema di apprendimento automatico ha previsto i movimenti e le posizioni yoga eseguiti da un individuo in piedi sul tappetino tessile intelligente con una precisione di circa il 99%.

Il loro processo di fabbricazione, che sfrutta la tecnologia della maglieria digitale, consente la prototipazione rapida e può essere facilmente ampliato per la produzione su larga scala, afferma Irmandy Wicaksono, assistente di ricerca presso il MIT Media Lab e autore principale di un articolo che presenta 3DKnITS.

La tecnica potrebbe avere molte applicazioni, soprattutto in ambito sanitario e riabilitativo. Ad esempio, potrebbe essere utilizzato per produrre scarpe intelligenti che tracciano l’andatura di chi sta imparando a camminare di nuovo dopo un infortunio, o calzini che monitorano la pressione sul piede di un paziente diabetico per prevenire la formazione di ulcere.

"Con il lavoro a maglia digitale, hai la libertà di progettare i tuoi modelli e anche di integrare sensori all'interno della struttura stessa, in modo che diventi senza cuciture e confortevole, e puoi svilupparlo in base alla forma del tuo corpo", afferma Wicaksono.

Ha scritto l'articolo con gli studenti universitari del MIT Peter G. Hwang, Samir Droubi e Allison N. Serio attraverso il programma Undergraduate Research Opportunities; Franny Xi Wu, neolaureata al Wellesley College; Wei Yan, assistente professore presso l'Università Tecnologica di Nanyang; e l'autore senior Joseph A. Paradiso, professore di Alexander W. Dreyfoos e direttore del gruppo Responsive Environments all'interno del Media Lab. La ricerca sarà presentata alla conferenza della IEEE Engineering in Medicine and Biology Society.

"Alcuni dei primi lavori pionieristici sui tessuti intelligenti sono avvenuti al Media Lab alla fine degli anni '90. Da allora i materiali, l'elettronica incorporabile e le macchine di fabbricazione hanno fatto enormi progressi", afferma Paradiso. "È un ottimo momento per vedere la nostra ricerca ritornare in quest'area, ad esempio attraverso progetti come quello di Irmandy: puntano a un futuro entusiasmante in cui i sensi e le funzioni si diffondono in modo più fluido nei materiali e aprono enormi possibilità."

Know-how nel lavoro a maglia

Per produrre un tessuto intelligente, i ricercatori utilizzano una macchina per maglieria digitale che intreccia strati di tessuto con file di filato standard e funzionale. Il tessuto a maglia multistrato è composto da due strati di filato conduttivo intrecciato attorno a una maglia piezoresistiva, che cambia la sua resistenza quando viene schiacciata. Seguendo uno schema, la macchina cuce questo filo funzionale su tutto il tessuto in file orizzontali e verticali. Nel punto in cui le fibre funzionali si intersecano, creano un sensore di pressione, spiega Wicaksono.

Ma il filato è morbido e flessibile, quindi gli strati si spostano e si sfregano l'uno contro l'altro quando chi lo indossa si muove. Ciò genera rumore e causa variabilità che rendono i sensori di pressione molto meno accurati.

Wicaksono ha trovato una soluzione a questo problema mentre lavorava in una fabbrica di maglieria a Shenzhen, in Cina, dove ha trascorso un mese imparando a programmare e mantenere le macchine per maglieria digitali. Ha osservato i lavoratori che realizzavano scarpe da ginnastica utilizzando filati termoplastici che iniziavano a sciogliersi se riscaldati a temperature superiori a 70 gradi Celsius, il che indurisce leggermente il tessuto in modo che possa mantenere una forma precisa.