Científicos del prestigioso MIT (del inglés, Massachusetts Institute of Technology) de Estados Unidos, junto con el profesor Wei Yan, experto en ciencia de los materiales de la Nanyang Technological University de Singapur, acaban de publicar el reciente descubrimiento de una nueva fibra textil con capacidad de percibir los sonidos producidos por el cuerpo humano y el ambiente exterior. Este sorprendente hallazgo científico puede cambiar nuestras vidas cómo lo hicieron los teléfonos móviles.

Desde hace años, se vienen utilizando diversos tejidos artificiales como absorbentes acústicos, pero este descubrimiento introduce un concepto radicalmente diferente, un tejido con micrófonos incorporados, inspirado en nuestro sistema auditivo.

Sistema auditivo humano

En el ser humano, las ondas sonoras viajan a través del conducto auditivo y golpean el tímpano, haciendo que vibre. Esta membrana timpánica está constituida por fibras de colágeno perfectamente organizadas, unas radiales y otras circulares en forma de anillos concéntricos entrelazados -parecido a una telaraña- que le proveen su importante flexibilidad y resistencia, posibilitando su vibración ante cualquier onda sonora. Estas vibraciones generan movimientos oscilantes de unos pequeños huesos -huesecillos del oído medio-, denominados martillo, yunque, lenticular y estribo. Sus oscilaciones son transmitidas al líquido contenido en la cóclea (perilinfa y endolinfa), estructura del oído interno con forma de caracol.

La energía mecánica de las ondas sonoras produce el movimiento de unas pequeñísimas “pestañas” -cilios- de poseen unas 15.000 células ciliadas del órgano de Corti de la cóclea -rampa coclear-. Estas delicadas células sensoriales auditivas convierten la energía mecánica en energía eléctrica, generando una corriente nerviosa que es conducida por el nervio auditivo hasta la corteza cerebral, encargada de interpretar los impulsos procedentes de los sonidos.



Esquema del oído humano. Crédito: fonomedical.es Ropa muy especial

Este novedoso material textil está formado por hilos de algodón que tienen entretejidos otros hilos de una fibra piezoeléctrica, estirada térmicamente, con capacidad de transformar las vibraciones mecánicas -sonoras- en señales eléctricas.

De forma semejante a lo que ocurre con el tímpano, este fascinante material piezoeléctrico, algo más rígido que el algodón, llamado Twaron, convierte el sonido entrante en vibraciones. Cualquier sonido, por pequeño que sea, hace vibrar esta tela, ya que posee una gran sensibilidad, a escala nanométrica -millonésima parte de un milímetro-. Estos hilos piezoeléctricos originan cierto voltaje cuando son presionados o doblados.

La piezoelectricidad es un fenómeno físico que ocurre en determinados materiales -cristales- que, al ser sometidos a tensiones mecánicas, adquieren una polarización eléctrica, apareciendo una diferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie. La extraordinaria sensibilidad de esta fibra radica en su revestimiento elástico -elastomérico- que concentra su tensión mecánica en la capa piezoeléctrica (46 picoculombios/newton), como resultado del proceso de estiramiento térmico durante su fabricación.

Los materiales piezoeléctricos tienen múltiples aplicaciones en dispositivos médicos, telecomunicaciones, exploración espacial, estufas de gas, lámparas fluorescentes, sensores de materiales, ultrasonidos, altavoces, motores piezoeléctricos, electrónica láser, impresoras de inyección de tinta, motores diésel, entre otras.

En cuanto a las telas para la confección de ropa, cada hilo de este material piezoeléctrico permite decenas de metros cuadrados de cobertura microfónica. Una simple camisa tejida con fibras acústicas puede detectar, en la dirección precisa del impulso acústico, estableciendo comunicaciones bidireccionales entre los hilos piezoeléctricos que funcionan como emisores y receptores de sonido.

Tanto el estiramiento como la flexión de la fibra piezoeléctrica producen señales eléctricas que pueden enviarse, a través de un pequeño circuito a un dispositivo para su lectura y registro. Este tejido funciona como un micrófono, extremadamente sensible, pero conservando las cualidades habituales de las telas, como ser lavable a máquina y plegable, siguiendo las tendencias de la moda.

 

Monitor para el corazón

Estos investigadores del MIT han comprobado que este tejido constituye un excelente método de auscultación del corazón humano. La ropa fabricada con esta tela piezoeléctrica (camisetas, camisas, jersey, pijamas) permite monitorizar el corazón, dando una valiosa información, precisa y constante, de los ruidos cardiacos, aparte de ofrecer un novedoso utensilio para el diagnóstico de las arritmias cardiacas, soplos valvulares, cardiopatías congénitas (comunicaciones intracardiacas, ductus) o inflamación del pericardio -pericarditis-. De hecho, los micrófonos de la tela podrían proporcionar y almacenar toda la información, según se precise, para el diagnóstico posterior de cualquier proceso cardiovascular.

En un próximo futuro, la ropa fabricada con este nuevo tejido permitirá capturar otros sonidos del exterior o interior del cuerpo humano, por débiles que fueren, posibilitando la monitorización de situaciones ambientales o funcionamiento de algunos órganos humanos, de manera cómoda y no invasiva, particularmente útil para los niños, no siempre fáciles de auscultar y explorar.

Este fascinante descubrimiento puede cambiar nuestras vidas, al ser vigilados por nuestra propia ropa. En un futuro no lejano, quizás fuera conveniente leer la etiqueta de la indumentaria que compremos, por si acaso.

 

“Un buen científico es una persona con ideas originales. Un buen ingeniero es una persona que hace que un diseño funcione, con la menor cantidad de ideas originales posibles”

Freeman Dyson, físico y matemático

 

Cita bibliográfica

W. Yan et al. Single fibre enables acoustic fabrics via nanometre-scale vibrations. Nature. Published online March 16, 2022. doi: 10.1038/s41586-022-04476-9