Une équipe de chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a mis au point une combinaison d'entraînement «respirante» dont les évents s'ouvrent et se ferment en réponse à la chaleur corporelle et à la transpiration des athlètes. Les valves sont tapissées de cellules microbiennes vivantes qui se contractent et se dilatent en réponse aux changements d'humidité. Les cellules agissent comme de minuscules capteurs et actionneurs: elles ouvrent les volets lorsque l'athlète commence à transpirer et les ferment lorsque le corps s'est refroidi. En plus de la combinaison, les scientifiques ont également développé des baskets avec une couche intérieure de valves cellulaires similaires pour libérer l'air et l'humidité.
Pourquoi utiliser des cellules dans des tissus sensibles? Les chercheurs soutiennent que les cellules sensibles à l'humidité n'ont pas besoin d'éléments supplémentaires pour percevoir et réagir à l'humidité. Il a également été prouvé que l'utilisation de cellules microbiennes est sans danger pour le contact avec la peau. De plus, grâce aux outils de génie génétique disponibles aujourd'hui, vous pouvez préparer très rapidement un grand nombre de cellules afin qu'elles puissent remplir diverses fonctions en plus de la réaction à l'humidité.
Pour démontrer cette capacité, les chercheurs ont développé des cellules sensibles à l'humidité qui non seulement ouvrent les cuspides, mais aussi s'illuminent en réponse aux changements d'humidité. En utilisant les méthodes de la génétique, les chercheurs ont ajouté de la fluorescence, et dans l'obscurité la silhouette d'une personne faisant du jogging sera perceptible ... À l'avenir, les scientifiques pourront combiner les capacités des cellules avec la fonction d'extraction des odeurs: après avoir visité le gymnase, la chemise ou le t-shirt de l'athlète sentira bon.
Dans la nature, les biologistes ont observé que les êtres vivants et leurs éléments structurels, des écailles aux cellules microbiennes et même des protéines spécifiques, peuvent changer leur structure ou leur volume en réponse aux changements d'humidité. L'équipe du MIT a émis l'hypothèse que les transducteurs de forme naturelle, tels que la levure, les bactéries et d'autres cellules microbiennes, peuvent être utilisés comme blocs de construction pour créer des tissus sensibles à l'humidité.
Ces cellules sont si solides qu'elles peuvent plier le substrat sur lequel elles sont appliquées. Au début, les chercheurs ont travaillé avec la souche non pathogène la plus courante d'E. Coli (E. coli), qui s'est avérée gonfler et rétrécir en réponse à un changement d'humidité. Ils ont également conçu des cellules pour exprimer la protéine fluorescente verte, permettant à la cellule de briller lorsqu'elle détecte un changement d'humidité.
En utilisant la méthode d'impression cellulaire, l'équipe a appliqué des lignes parallèles de cellules E. coli sur des feuilles de latex, faisant des trous dans le tissu dans des conditions d'humidité élevée. Lors du séchage sur une cuisinière électrique, les cellules se contractaient, faisant tourner la couche supérieure de latex, les cellules brillaient et se dilataient sur la vapeur d'eau, alignant le latex. Selon les scientifiques, après une centaine de ces cycles, la couche avec les cellules et le tissu dans son ensemble ne s'est pratiquement pas usée.
Dans le développement des vêtements, les chercheurs ont travaillé avec des biomatériaux, concevant une combinaison de course avec des valves en latex cellulaire cousues à l'arrière de la combinaison. Ils ont déterminé la taille de chaque lambeau, ainsi que le degré d'ouverture, sur la base d'images du corps humain avec des zones de chaleur et de sueur déposées sur eux.
L'équipe de recherche se concentre sur le fait que toutes les parties du corps ne produisent pas de chaleur et de transpiration de la même manière. Ainsi, par exemple, beaucoup de transpiration est générée dans la partie inférieure de la colonne vertébrale, mais pas beaucoup de chaleur. Les scientifiques ont repensé les vêtements en utilisant ces «cartes»: là où le corps produit plus de chaleur, les rabats ont augmenté.
Les cadres de support sous chaque rabat en latex empêchent la couche intérieure de tissu de toucher directement la peau, mais en même temps, les cellules sont capables de détecter et de réagir aux changements d'humidité de l'air, situées directement au-dessus de la peau. Lors des essais pour tester la combinaison de course, les participants ont mis des vêtements et se sont entraînés sur des tapis roulants et des vélos. Les chercheurs ont surveillé la température et l'humidité des sujets testés à l'aide de petits capteurs sur le dos.
Après cinq minutes d'exercice, les rabats de la combinaison ont commencé à s'ouvrir juste au moment où les participants à l'expérience ont signalé la libération de sueur et une sensation de chaleur. Les capteurs ont montré que les amortisseurs éliminaient efficacement la sueur et abaissaient la température corporelle, contrairement à une combinaison de course similaire avec des valves non fonctionnelles.
Les scientifiques du MIT ont également intégré un tissu sensible à l'humidité dans un prototype de chaussure brute. Lorsque le pied touche la semelle intérieure de la chaussure, les chercheurs ont cousu plusieurs valves pliées. La couche cellulaire fait face à la jambe du coureur, mais ne la touche pas. Lors du développement de baskets, ils se sont également concentrés sur les cartes de chaleur et de transpiration du pied et les grilles dimensionnelles standard.
Comme pour le survêtement, les rabats des chaussures de course se sont ouverts et illuminés alors que les chercheurs augmentaient l'humidité dans la pièce. Par temps sec, la luminescence a cessé, les volets se sont fermés.
Les chercheurs ont l'intention de collaborer avec des entreprises de vêtements de sport pour commercialiser leurs projets. Une équipe de scientifiques explore d'autres domaines d'application de la technologie, notamment les rideaux étanches, les abat-jour et les draps. De plus, ils souhaitent repenser l'emballage des marchandises. Le concept de seconde peau pourrait donner une nouvelle vie aux emballages souples.
doi:
10.1126 / sciadv.1601984