No es necesario ponerse incómodos relojes inteligentes o correas para el pecho para controlar su corazón si su cómoda camisa puede hacer un mejor trabajo.
Esa es la idea detrás de la "ropa inteligente" desarrollada por un laboratorio de la Universidad de Rice, que empleó su hilo conductor de nanotubos para tejer la funcionalidad en la ropa normal.
El laboratorio de Brown School of Engineering del ingeniero químico y biomolecular Matteo Pasquali informó en la revista American Chemical Society Nano letras que cosió fibras de nanotubos en ropa deportiva para controlar la frecuencia cardíaca y tomar un electrocardiograma EKG continuo del usuario.
Las fibras son tan conductoras como los alambres de metal, pero lavables, cómodas y es mucho menos probable que se rompan cuando un cuerpo está en movimiento, según los investigadores.
En general, la camisa que mejoraron fue mejor para recopilar datos que un monitor de correa para el pecho estándar que toma medidas en vivo durante los experimentos. Cuando se combinó con monitores de electrodos médicos comerciales, la camisa de nanotubos de carbono dio ECG ligeramente mejores.
"La camisa tiene que estar ajustada contra el pecho", dijo la estudiante graduada de Rice Lauren Taylor, autora principal del estudio. "En estudios futuros, nos centraremos en el uso de parches más densos de hilos de nanotubos de carbono para que haya más superficie de contactola piel."
Los investigadores notaron que las fibras de nanotubos son suaves y flexibles, y la ropa que las incorpora se puede lavar a máquina. Las fibras se pueden coser a máquina en la tela como hilo estándar. El patrón de costura en zigzag permite que la tela se estire sin romperlas.
Las fibras proporcionaron no solo un contacto eléctrico constante con la piel del usuario, sino que también sirvieron como electrodos para conectar dispositivos electrónicos como transmisores Bluetooth para transmitir datos a un teléfono inteligente o conectarse a un monitor Holter que se puede guardar en el bolsillo del usuario, dijo Taylor.
El laboratorio de Pasquali introdujo la fibra de nanotubos de carbono en 2013. Desde entonces, las fibras, cada una de las cuales contiene decenas de miles de millones de nanotubos, se han estudiado para su uso como puentes para reparar corazones dañados, como interfaces eléctricas con el cerebro, para su uso en implantes cocleares, comoantenas flexibles y para aplicaciones automotrices y aeroespaciales. Su desarrollo también es parte del Carbon Hub de Rice, una iniciativa de investigación multiuniversitaria liderada por Rice y lanzada en 2019.
Los filamentos de nanotubos originales, de aproximadamente 22 micrones de ancho, eran demasiado delgados para que los manejara una máquina de coser. Taylor dijo que se utilizó un fabricante de cuerdas para crear un hilo cosible, esencialmente tres haces de siete filamentos cada uno, tejidos en un tamaño aproximadoequivalente a hilo regular.
"Trabajamos con alguien que vende pequeñas máquinas diseñadas para hacer cuerdas para modelos de barcos", dijo Taylor, quien al principio trató de tejer el hilo a mano, con un éxito limitado. "Pudo hacernos un dispositivo de mediana escala.que hace lo mismo. "
Dijo que el patrón en zigzag se puede ajustar para tener en cuenta cuánto es probable que se estire una camisa u otra tela. Taylor dijo que el equipo está trabajando con el Dr. Mehdi Razavi y sus colegas en el Texas Heart Institute para descubrir cómo maximizarcontacto con la piel.
Las fibras tejidas en la tela también se pueden usar para incrustar antenas o LED, según los investigadores. Modificaciones menores a la geometría de las fibras y la electrónica asociada podrían eventualmente permitir que la ropa monitoree los signos vitales, el esfuerzo de fuerza o la frecuencia respiratoria.
Taylor señaló que otros usos potenciales podrían incluir interfaces hombre-máquina para automóviles o robótica blanda, o como antenas, monitores de salud y protección balística en uniformes militares. "Demostramos con un colaborador hace unos años que las fibras de nanotubos de carbono son mejores para disiparenergía por peso que Kevlar, y eso fue sin algunas de las ganancias que hemos tenido desde entonces en resistencia a la tracción ", dijo.
"Vemos que, después de dos décadas de desarrollo en laboratorios de todo el mundo, este material funciona en más y más aplicaciones", dijo Pasquali. "Debido a la combinación de conductividad, buen contacto con la piel, biocompatibilidad y suavidad, los hilos de nanotubos de carbonoson un componente natural de los wearables ".
Dijo que el mercado de dispositivos portátiles, aunque relativamente pequeño, podría ser un punto de entrada para una nueva generación de materiales sostenibles que pueden derivarse de los hidrocarburos a través de la división directa, un proceso que también produce hidrógeno limpio. El desarrollo de dichos materiales es un enfoque deel Carbon Hub.
"Estamos en la misma situación que las células solares hace unas décadas", dijo Pasquali. "Necesitamos líderes en aplicaciones que puedan proporcionar un impulso para aumentar la producción y aumentar la eficiencia".
Los coautores del artículo son los estudiantes graduados de Rice Steven Williams y Oliver Dewey, y el ex alumno J. Stephen Yan, ahora en Boston Consulting Group, y Flavia Vitale, profesora asistente de neurología en la Universidad de Pensilvania. Pasquali es directora deCarbon Hub y el profesor AJ Hartsook de ingeniería química y biomolecular y profesor de química y ciencia de los materiales y nanoingeniería.
La investigación fue apoyada por la Fuerza Aérea de los EE. UU. FA9550-15-1-0370, la Asociación Estadounidense del Corazón 15CSA24460004, la Fundación Robert A. Welch C-1668, el Departamento de Energía DE-EE0007865,DE-AR0001015, el Departamento de Defensa 32 CFR 168a y una beca Riki Kobayashi del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de Rice.
El video de fibras de nanotubos de carbono flexibles tejidas en la ropa recopila un ECG y frecuencia cardíaca precisos : http://www.youtube.com/watch?v=YZbcSGvwu4Y
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