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2022-07-19Tejido + forma = una mascarilla que se adapta de forma única a tu rostro

MIT |La candidata a doctorado del Departamento de Arquitectura, Lavender Tessmer, ha avanzado en el proceso para producir textiles que se pueden personalizar individualmente.

La ropa ajustada no siempre se rige por la elección de vestuario. La pandemia mundial, por ejemplo, ha subrayado la necesidad de máscaras faciales que sellen eficazmente alrededor de la nariz y la boca. Pero las caras y sus características difieren de una persona a otra y pueden hacer que las máscaras faciales de talla única sean menos efectivas. Las máscaras bien ajustadas han demostrado ser un accesorio codiciado.

Lavender Tessmer, candidata a doctorado en el Departamento de Arquitectura del MIT, desarrolló una nueva fibra activa y diseñó un proceso que, combinado con una arquitectura textil tejida específica, usa calor para activar una máscara que se adapta a la cara de un individuo. Con el equipamiento textil estándar y el nuevo proceso de personalización, cualquier fabricante puede crear una mascarilla personalizada.

Antes de llegar al MIT en 2017, Tessmer no tuvo una introducción formal a los textiles. Comenzó a trabajar con Skylar Tibbits, profesora asociada en el Departamento de Arquitectura y fundadora del Self-Assembly Lab, donde los materiales programables, materiales simples que pueden activarse para detectar, responder y transformar, se encuentran entre sus temas de investigación. Al año siguiente, el laboratorio compró una máquina de tejer industrial de cama plana, omnipresente en la fabricación de textiles en todo el mundo, y Tessmer se puso a trabajar para aprender a operarla.

“Tiene una gran curva de aprendizaje y hay una cantidad infinita de cosas que puede hacer con una máquina como esta”, dice Tessmer. 

Su temprano comienzo con la máquina de tejer fue profético para el trabajo por venir.

Una ventaja

Unos años antes de la pandemia, el laboratorio de Tibbits recibió una subvención de Advanced Functional Fibers of America (AFFOA) para desarrollar "textiles más inteligentes" que pudieran detectar, responder y transformar. La investigación condujo a una asociación con Ministry of Supply, una empresa de moda especializada en prendas de vestir de alta tecnología, para desarrollar un nuevo sistema para "textiles inteligentes". Creada por graduados del MIT, Ministry of Supply utiliza material que regula la temperatura para diseñar y producir prendas ambientalmente sostenibles dirigidas a profesionales.


En la primavera de 2020, una confluencia de eventos cambió su colaboración. La pandemia mundial obligó a los negocios a cerrar en marzo; el Departamento de Arquitectura solicitó propuestas para financiar puestos de investigación para que los estudiantes trabajen con la facultad en "investigación relacionada con la crisis", incluidas las respuestas de diseño a la pandemia; y se hizo evidente la necesidad de máscaras para proteger a los socorristas y al público en general. La investigación de Tibbits recibió fondos del departamento.

“Lavender ya estaba tratando de hacer prendas textiles con un calce personalizado, por lo que pudimos pasar rápidamente a hacer máscaras personalizadas”, dice Tibbits. “Pero el principal desafío con cualquier personalización es que no puedes hacer que cada máscara sea única. Se convierte en un problema de logística de la fábrica. Tienes que ser capaz de producir estos en masa. Los clientes no quieren esperar semanas o meses por su máscara única”.

Entonces, ¿cómo se adapta una máscara producida en masa a una cara individual?

“Lavender creó la estructura tejida, la arquitectura, de la máscara”, dice Tibbits. “Las propiedades materiales por sí solas no conducen al comportamiento de transformación precisa. Se trata básicamente de tejer estructuras bidimensionales o tridimensionales, y con cada puntada puedes cambiar la estructura y los materiales”.

Tessmer también desarrolló una de las dos fibras activas (la otra ya estaba disponible comercialmente) necesarias para responder al calor, de modo que la tela pudiera controlarse de manera predecible.

“Tenía que haber una relación clara entre la cantidad de calor que se aplica, el método de aplicación con el robot y tener un resultado predecible en la transformación dimensional de la tela”, dice Tessmer. "Ese fue un proceso iterativo entre el desarrollo de la tela de varias capas, la medición de su cambio dimensional y, finalmente, poder hacer que el robot aplicara calor de una manera repetible y predecible".

Ya en el ámbito público había pautas para los rangos existentes de medidas de rasgos faciales humanos. La forma inicial de la máscara es lo suficientemente grande para casi todos los rostros antes de que se transforme y personalice. A partir de ahí, Tessmer ingresó las dimensiones de la cara de un individuo y las máscaras tejidas se activaron con un brazo robótico equipado con una pistola de calor que aplica calor en patrones específicos para adaptarlos con precisión a las medidas faciales.

Necesidad de máscaras impulsada por Covid

Con sus operaciones minoristas cerradas a principios de la pandemia, el Ministerio de Abastecimiento pasó de hacer ropa a hacer máscaras faciales.

"La fuerza del trabajo de Lavender y Skylar es que aprovecha las técnicas de fabricación aditiva, que se pueden acelerar para la producción muy rápidamente", dice Gihan Amarasiriwardena ´11, cofundador del Ministerio de Abastecimiento y presidente de la compañía. “Al trabajar con el laboratorio de autoensamblaje, pudimos diseñar, probar y desarrollar una máscara en cinco días y producir 4000 máscaras en dos semanas para los trabajadores de la salud debido a nuestra capacidad para usar tejido computarizado en 3D. Creo que este será un activo fundamental para poder desviar los materiales existentes hacia máscaras muy rápidamente en el futuro”.

“El objetivo era transformar una máscara para lograr el ajuste perfecto para la cara de cualquier persona, lo cual es un gran desafío con las máscaras y otras prendas de vestir”, dice Tibbits. “Nadie realmente ha descubierto cómo hacer eso, aparte de contratar a un sastre o tener muchos tamaños estándar que no se ajustan perfectamente”.

Es importante tener en cuenta que el trabajo de Tessmer y Tibbits se centró en el ajuste de una máscara y no en las propiedades requeridas para que el material de una máscara filtre las partículas en el aire, aunque se podría incluir un filtro estándar para mejorar su eficacia. Las máscaras también son reutilizables y lavables.

“Nuestro objetivo era mejores fibras y un proceso controlable y repetible para crear una máscara a la medida”, dice Tessmer. “Creamos máscaras para nueve personas diferentes para demostrar cuán efectivo es el proceso”.

El otoño pasado, un artículo del que fueron coautores, “Máscaras tejidas personalizadas: cambio de forma programable para un ajuste personalizado”, proporcionó instrucciones para crear “máscaras verdaderamente personalizables” que se ajusten a las características faciales únicas de cualquier individuo. La Asociación para el Diseño Asistido por Computadora en Arquitectura ( ACADIA ) honró a Tessmer y Tibbits con su Premio al Mejor Artículo por este innovador trabajo.

“El premio destaca el artículo como ejemplar, mostrando una investigación innovadora con una contribución sustancial al campo descrito”, señalaron los jueces en sus comentarios. “Más allá de demostrar métodos rigurosos de investigación y experiencia disciplinaria, el documento también está bien escrito y brinda nuevos conocimientos a la comunidad de ACADIA y más allá.

La evolución de las variantes del SARS-CoV-2 sugiere que persistirá la necesidad de máscaras de alta calidad, y los Centros para el Control de Enfermedades de EE. UU. continúan apoyando su uso. Amarasiriwardena cree que seguirá habiendo interés de los consumidores y la necesidad de máscaras, aunque solo sea por temporada cuando las personas están en el interior con más frecuencia. Él dice que el ajuste y la comodidad de una máscara es la segunda pregunta que hacen los clientes, después de la eficacia del medio filtrante.

“La eficacia general está ligada al ajuste, que se desbloquea mediante la fabricación personalizada”, dice Amarasiriwardena. “El Self-Assembly Lab realmente ha estado empujando los límites de la fabricación aditiva, y su trabajo reciente en textiles combina su experiencia en piratear flujos CAD-CAM para crear productos textiles verdaderamente novedosos. Si bien gran parte de la atención se ha centrado en la impresión 3D de productos duros, su innovación en textiles muestra una amplia aplicación de la tecnología de autoensamblaje”.

Tessmer dice que las máscaras fueron un excelente caso de estudio porque fueron un accesorio codiciado en los últimos años y ha habido problemas notables con el ajuste de las máscaras. Le gustaría aplicar el proceso a otro tipo de prendas y accesorios, como suéteres y zapatos. 

“Al final de cada proyecto, siempre hay cosas que encuentra que deben mejorarse”, dice Tessmer. “Hay mucho desarrollo futuro de telas, por ejemplo. Pero estoy contento con el proyecto porque es una prueba de concepto funcional para mi idea y confío en que funcionará”.

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