Ricercatori realizzano una tuta d’allenamento che risponde all’umidità

Delle linguette con cellule vive si aprono e chiudono con la sudorazione dell’atleta

Un team di ricercatore del MIT ha realizzato una tuta d’allenamento traspirante, con delle linguette che si aprono e chiudono a seconda della sudorazione dell’atleta. Le linguette, grandi come un unghia, contengono delle cellule vive che si rimpiccioliscono, o ingrandiscono, in risposta ai cambiamenti di umidità. Le cellule sono come dei piccoli sensori, e una volta attivate, fanno in modo che la linguetta si apra appena l’atleta comincia a sudare. Si chiudono, poi, una volta che il corpo si è di nuovo rinfrescato.

I ricercatori hanno anche creato una scarpa da corsa con uno strato interno di linguette simili, per far respirare il piede e rimuovere umidità. I dettagli su entrambi gli oggetti sono stati pubblicati oggi su Science Advances.

Perché utilizzare cellule vive nell’abbigliamento sportivo? I ricercatori affermano che le cellule sensibili all’idratazione non necessitano di altri elementi aggiuntivi per rispondere ai cambiamenti di umidità. Le cellule microbiche che hanno utilizzato si sono anche dimostrate assolutamente sicure se toccate o addirittura ingerite. In più, con i moderni metodi di ingegneria genetica, le cellule possono essere prodotte velocemente e in grandi quantità, per poter svolgere anche compiti diversi da quello di reagire al sudore.

Per dimostrare quest’ultima affermazione, i ricercatori hanno ingegnerizzato le cellule non solo per aprirsi o chiudersi, ma anche illuminarsi, una volta raggiunte condizioni di umidità.

“Possiamo combinare le nostre cellule con strumenti di genetica per combinare diverse funzionalità. Abbiamo usato la fluorescenza come esempio, e già questo è di aiuto a chi corre di sera. In futuro potremmo fare in modo che le cellule rilascino degli odori. Così una volta tornati dalla palestra profumeremo di fresco”, Wen Wang, autrice della ricerca ed ex-ricercatrice al Media Lab e del Dipartimento di Ingegneria Chimica al MIT.

I co-autori di Wang sono 14 ricercatori del MIT , specializzati in ingegneria meccanica, chimica e biologica, ma anche architettura e design di moda, si aggiungono anche dei ricercatori dell’azienda di abbigliamento sportivo New Balance. Wang ha guidato il progetto, chiamato bioLogic, con una sua ex-studentessa: Lining Yao, del gruppo Tangible Media del MIT, presieduto da Hiroshi Ishii, professore di Arte e Scienza Multimediale.

Cellule e cambi di forma

Osservando la natura, i biologi hanno capito che gli esseri viventi e i loro componenti possono cambiare struttura e volume quando avvengono cambiamenti di umidità. Ciò vale tanto per le pigne quanto per cellule microscopiche, o per determinate proteine. Il team del MIT ha ipotizzato che questi muta-forma naturali, come il lievito, i batteri e altre cellule, potrebbero essere utilizzati per costruire abiti in grado di rispondere all’umidità. Secondo Wang, queste cellule sono “così forti da poter piegare il substrato su cui sono attaccate”.

I ricercatori hanno dapprima lavorato con il più comune, ed innocuo, ceppo della famiglia di E.coli, scoprendo che il batterio è in grado di gonfiarsi o rimpicciolirsi a seconda del tasso di umidità. Hanno poi ingegnerizzato le cellule in maniera tale da emettere una proteina fluorescente, una volta che l’ambiente è diventato umido. Hanno poi utilizzato un metodo per stampare le cellule, precedentemente sviluppato per stampare E.coli sul lattice naturale.

Il team ha stampato linee parallele di E.coli sui fogli di lattice, creando strutture a due strati, per poi esporre il tutto ad umidità. Quando il foglio di lattice veniva appoggiato su una superficie calda per seccarsi, le cellule iniziavano a rimpicciolirsi. Di conseguenza il lattice si arricciava. Quando invece venivano esposte al vapore, le cellule si illuminavano e si espandevano, allisciando la superficie del lattice. Dopo 100 cicli di passaggi secco/umido, gli strati di cellule non avevano subito allarmanti peggioramenti di performance.

Niente più sudore

I ricercatori hanno convertito il tessuto in un vero e proprio capo d’abbigliamento, ovvero una tuta da jogging con linguette in lattice sulla parte posteriore. Hanno studiato la dimensione e l’angolo di apertura di ogni linguetta, basandosi su una mappa termica del corpo umano, per capire i punti in cui si forma il sudore.

“Molte persone pensano che il calore e il sudore siano la stessa cosa, ma in realtà, alcune aree, come la zona lombare, producono tanto sudore ma poco calore. Abbiamo concepito la tuta, partendo da diverse mappe di sudore e di calore per fare in modo che linguette più grandi si aprano nelle zone dove il corpo è più caldo”, Lining Yao, ricercatrice del gruppo Tangible Media del MIT.

Delle strutture di supporto, posizionate sotto ogni linguetta, fanno in modo che le cellule vive non siano a contatto diretto con la pelle, ma comunque in grado di percepire i cambiamenti di umidità nell’aria intorno alla pelle. Per testare la tuta, alcuni studenti si sono allenati su tapis-roulant e cyclette, mentre i ricercatori monitoravano la loro temperatura corporea e l’idratazione, utilizzando dei piccoli sensori posti lungo la schiena.

Dopo cinque minuti di esercizio le linguette della tuta hanno iniziato ad aprirsi, giusto nel momento in cui i partecipanti si sentivano accaldati e sudati. Stando a i dati dei sensori, le linguette hanno rimosso il sudore dalla pelle, diminuendo la temperatura corporea, in maniera più efficace di tute simili senza linguette. Wang ha provato la tuta sulla propria pelle. Le linguette creavano una piacevole sensazione e lei stessa afferma che, dopo aver pedalato per qualche minuto, “sembrava di avere un climatizzatore sulla schiena”.

Scarpe da corsa ventilate

Il team ha creato anche un paio di scarpe con la stessa tecnologia. I ricercatori hanno inserito uno strato di linguette nel punto in cui il piede tocca la suola della scarpa. In questo caso le linguette sono curvate all’ingiù, rivolte verso il piede senza però toccarlo. Anche per questa applicazione, la posizione delle linguette era stabilita dalle mappe di calore e sudorazione.

“All’inizio pensavamo di posizionare le linguette nella parte superiore della scarpa, ma abbiamo scoperto che le persone sudano molto di più intorno alla pianta del piede. Ciò causa ad esempio la formazione di verruche. Allora abbiamo pensato: è possibile tenere asciutti i piedi ed evitare questi problemi?”, Wen Wang.

Esattamente come per la tuta, anche per le scarpe le linguette si aprono, si chiudono e si illuminano a seconda delle variazioni di umidità.

Pensando al futuro, il team vorrebbe collaborare con aziende di abbigliamento sportivo, per commercializzare il proprio design, ma anche esplorare nuove applicazioni, tra cui tende, paralumi e lenzuola capaci di reagire ai cambiamenti di umidità.

“Siamo anche interessati a ripensare il mondo dell’imballaggio. Il concetto della seconda pelle potrebbe iniziare una nuova generazione di imballaggi.”, dice Wang.

“Il lavoro svolto dimostra come la biologia stia guidando i cambiamenti del design e dei nuovi materiali, per creare dispositivi con sempre più funzionalità. Crediamo fermamente nel campo del materiale vivo, e delle sue importanti applicazioni, che fanno da ponte tra i sistemi biologici e quelli ingegnerizzati”, Xuanhe Zhao, Professore Associato del dipartimento di Ingegneria Meccanica e co-autore della ricerca.

La ricerca è stata in parte supportata dal Media lab del MIT e dall’alleanze Singapore-MIT per la Ricerca e lo Sviluppo.


Tradotto in Italiano. Articolo Originale: MIT News


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