Em vez de precisar de um casaco para cada estação, imagine ter uma jaqueta que mudasse de formato dinamicamente, tornando-se mais isolante para mantê-lo aquecido à medida que a temperatura cai.

Uma fibra programável e atuante desenvolvida por uma equipe interdisciplinar de pesquisadores do MIT poderá algum dia tornar essa visão uma realidade. Conhecida como FibeRobo , a fibra se contrai em resposta a um aumento na temperatura e depois se auto-reverte quando a temperatura diminui, sem quaisquer sensores incorporados ou outros componentes rígidos.

A fibra de baixo custo é totalmente compatível com técnicas de fabricação têxtil, incluindo teares, bordados e máquinas de tricô industriais, e pode ser produzida continuamente por quilômetro. Isso poderia permitir que os projetistas incorporassem facilmente capacidades de atuação e detecção em uma ampla gama de tecidos para inúmeras aplicações.

As fibras também podem ser combinadas com fios condutores, que atuam como elemento de aquecimento quando a corrente elétrica passa por eles. Dessa forma, as fibras atuam por meio de eletricidade, o que oferece ao usuário controle digital sobre a forma do tecido. Por exemplo, um tecido pode mudar de forma com base em qualquer informação digital, como leituras de um sensor de frequência cardíaca.

“Usamos têxteis para tudo. Fabricamos aviões com compósitos reforçados com fibra, cobrimos a Estação Espacial Internacional com um tecido de proteção contra radiação, usamos-os para expressão pessoal e desempenho. Grande parte do nosso ambiente é adaptável e responsivo, mas a única coisa que precisa ser mais adaptável e responsiva – os têxteis – é completamente inerte”, diz Jack Forman, estudante de pós-graduação no Tangible Media Group do MIT Media Lab, com uma afiliação secundária no Center for Bits and Atoms e autor principal de um  artigo sobre fibra atuadora .

Ele é acompanhado no artigo por 11 outros pesquisadores do MIT e da Northeastern University, incluindo seus orientadores, o professor Neil Gershenfeld, que lidera o Center for Bits and Atoms, e Hiroshi Ishii, Jerome B. Wiesner Professor de Artes e Ciências de Mídia e diretor do Grupo de Mídia Tangível. A pesquisa será apresentada no Simpósio ACM sobre Software e Tecnologia de Interface de Usuário.

Os investigadores do MIT queriam uma fibra que pudesse atuar silenciosamente e mudar drasticamente a sua forma, ao mesmo tempo que fosse compatível com os procedimentos comuns de fabrico têxtil. Para conseguir isso, eles usaram um material conhecido como elastômero de cristal líquido (LCE).

Um cristal líquido é uma série de moléculas que podem fluir como um líquido, mas quando podem assentar, elas se acumulam em um arranjo cristalino periódico. Os pesquisadores incorporam essas estruturas cristalinas em uma rede de elastômero, que é elástica como um elástico.

À medida que o material LCE aquece, as moléculas do cristal saem do alinhamento e unem a rede de elastômero, fazendo com que a fibra se contraia. Quando o calor é removido, as moléculas retornam ao seu alinhamento original e o material ao seu comprimento original, explica Forman.

Ao misturar cuidadosamente os produtos químicos para sintetizar o LCE, os pesquisadores podem controlar as propriedades finais da fibra, como sua espessura ou a temperatura em que atua.

Eles aperfeiçoaram uma técnica de preparação que cria fibra LCE que pode atuar em temperaturas seguras para a pele, tornando-a adequada para tecidos vestíveis.

“Há muitos botões que podemos girar. Foi muito trabalhoso criar esse processo do zero, mas no final das contas nos dá muita liberdade para a fibra resultante”, acrescenta.

No entanto, os pesquisadores descobriram que fabricar fibra a partir da resina LCE é um processo complicado. As técnicas existentes resultam frequentemente numa massa fundida que é impossível de desenrolar.

Os pesquisadores também estão explorando outras maneiras de produzir fibras funcionais, como incorporando centenas de chips digitais em microescala em um polímero, utilizando um sistema fluídico ativado ou incluindo material piezoelétrico que pode converter vibrações sonoras em sinais elétricos .

Forman construiu uma máquina usando peças impressas em 3D e cortadas a laser e eletrônica básica para superar os desafios de fabricação. Ele inicialmente construiu a máquina como parte do curso de pós-graduação MAS.865 (Prototipagem Rápida de Máquinas de Prototipagem Rápida: Como Fazer Algo que Faz [quase] Qualquer Coisa).

Para começar, a resina LCE espessa e viscosa é aquecida e depois espremida lentamente através de um bico semelhante ao de uma pistola de cola. À medida que a resina sai, ela é curada cuidadosamente usando luzes UV que brilham em ambos os lados da fibra extrusada lentamente.

Se a luz for muito fraca, o material se separará e pingará para fora da máquina, mas se for muito forte, podem formar-se aglomerados, o que produz fibras irregulares.

Em seguida, a fibra é mergulhada em óleo para obter uma camada escorregadia e curada novamente, desta vez com luzes UV no máximo, criando uma fibra forte e macia. Finalmente, ele é coletado em um carretel superior e mergulhado em pó para deslizar facilmente em máquinas de fabricação têxtil.

Da síntese química até a bobina finalizada, o processo leva cerca de um dia e produz aproximadamente um quilômetro de fibra pronta para uso.

“No final das contas, você não quer uma fibra de diva. Você quer uma fibra que, ao trabalhar com ela, se enquadre no conjunto de materiais – uma fibra com a qual você possa trabalhar como qualquer outro material de fibra, mas que tenha muitos recursos novos e interessantes”, diz Forman.

A criação de tal fibra exigiu muitas tentativas e erros, bem como a colaboração de pesquisadores com experiência em muitas disciplinas, da química à engenharia mecânica, da eletrônica ao design.

A fibra resultante, chamada FibeRobo, pode contrair até 40 por cento sem dobrar, atuar em temperaturas seguras para a pele (a versão da fibra segura para a pele contrai até cerca de 25 por cento) e ser produzida com uma configuração de baixo custo para 20 centavos por metro, o que é cerca de 60 vezes mais barato do que as fibras que mudam de forma disponíveis no mercado.

A fibra pode ser incorporada em máquinas industriais de costura e tricô, bem como em processos não industriais como teares manuais ou crochê manual, sem a necessidade de quaisquer modificações no processo.

Os pesquisadores do MIT usaram o FibeRobo para demonstrar diversas aplicações, incluindo um sutiã esportivo adaptável feito por bordado que aperta quando o usuário começa a se exercitar.

Eles também usaram uma máquina de tricô industrial para criar uma jaqueta de compressão para o cachorro de Forman, cujo nome é Professor. A jaqueta agia e “abraçava” o cachorro com base em um sinal Bluetooth do smartphone de Forman. Jaquetas de compressão são comumente usadas para aliviar a ansiedade de separação que um cão pode sentir enquanto seu dono está ausente.

No futuro, os pesquisadores querem ajustar os componentes químicos da fibra para que ela seja reciclável ou biodegradável. Eles também querem agilizar o processo de síntese de polímeros para que usuários sem experiência em laboratório úmido possam fazê-lo por conta própria.

Forman está entusiasmado em ver as aplicações FibeRobo que outros grupos de pesquisa identificam à medida que se baseiam nesses resultados iniciais. No longo prazo, ele espera que o FibeRobo possa se tornar algo que um fabricante possa comprar em uma loja de artesanato, assim como um novelo de lã, e usar para produzir facilmente tecidos morphing.

“As fibras LCE ganham vida quando integradas em têxteis funcionais. É particularmente fascinante observar como os autores exploraram designs têxteis criativos usando uma variedade de padrões de tecelagem e tricô”, diz Lining Yao, Professor Associado Cooper-Siegel de Interação Humano-Computador na Universidade Carnegie Mellon, que não esteve envolvido neste trabalho. .