Tissu + forme = un masque qui s’adapte uniquement à votre visage | Nouvelles du MIT

Les vêtements moulants ne sont pas toujours régis par le choix vestimentaire. La pandémie mondiale, par exemple, a souligné le besoin de masques faciaux qui scellent efficacement autour du nez et de la bouche. Mais les visages et leurs caractéristiques diffèrent d’une personne à l’autre et peuvent rendre les masques faciaux à taille unique moins efficaces. Les masques bien ajustés se sont révélés être un accessoire recherché.

Lavender Tessmer, doctorante au département d’architecture du MIT, a développé une nouvelle fibre active et conçu un procédé qui, combiné à une architecture textile tricotée spécifique, utilise la chaleur pour activer un masque afin qu’il se conforme au visage d’un individu. Avec un équipement textile standard et le nouveau processus de personnalisation, n’importe quel fabricant peut créer un masque personnalisé.

Avant de venir au MIT en 2017, Tessmer n’a eu aucune introduction formelle aux textiles. Elle a commencé à travailler avec Skylar Tibbits, professeur agrégé au Département d’architecture et fondateur du Self-Assembly Lab, où les matériaux programmables – des matériaux simples qui peuvent être activés pour détecter, répondre et transformer – font partie de ses sujets de recherche. L’année suivante, le laboratoire a acheté une machine à tricoter rectiligne industrielle, omniprésente dans la fabrication textile à travers le monde, et Tessmer s’est mise au travail pour apprendre à la faire fonctionner.

« La courbe d’apprentissage est énorme et il y a un nombre infini de choses que vous pouvez faire avec une machine comme celle-ci », déclare Tessmer.

Son début précoce avec la machine à tricoter était prémonitoire pour le travail à venir.

Une longueur d’avance

Quelques années avant la pandémie, le laboratoire de Tibbits a reçu une subvention de Advanced Functional Fibers of America (AFFOA) pour développer des «textiles plus intelligents» qui seraient capables de détecter, de réagir et de se transformer. La recherche a conduit à un partenariat avec Ministry of Supply – une entreprise de mode spécialisée dans les vêtements de haute technologie – pour développer un nouveau système de «textiles intelligents». Créé par des diplômés du MIT, Ministry of Supply utilise des matériaux thermorégulateurs pour concevoir et produire des vêtements respectueux de l’environnement destinés aux professionnels.

Au printemps 2020, une confluence d’événements a déplacé leur collaboration. La pandémie mondiale a forcé les entreprises à fermer en mars ; le Département d’architecture a lancé un appel à propositions pour financer des postes de recherche permettant aux étudiants de travailler avec le corps professoral sur la «recherche liée à la crise», y compris les réponses de conception à la pandémie; et le besoin de masques pour protéger les premiers intervenants et le grand public est devenu évident. La recherche de Tibbits a reçu un financement du ministère.

« Lavender essayait déjà de fabriquer des vêtements textiles avec une coupe personnalisée, afin que nous puissions rapidement passer à la fabrication de masques personnalisés », explique Tibbits. «Mais le principal défi de toute personnalisation est que vous ne pouvez pas rendre chaque masque unique. Cela devient un problème de logistique d’usine. Vous devez être capable de les produire en masse. Les clients ne veulent pas attendre des semaines ou des mois pour leur masque unique. »

Comment, alors, un masque produit en série est-il adapté à un visage individuel ?

« La lavande a créé la structure tricotée – l’architecture – du masque », explique Tibbits. « Les propriétés des matériaux seules ne conduisent pas à un comportement de transformation précise. Il s’agit essentiellement de structures de tricot en deux ou trois dimensions, et avec chaque point, vous pouvez modifier la structure et les matériaux.

Tessmer a également développé l’une des deux fibres actives (l’autre était déjà disponible dans le commerce) nécessaire pour réagir à la chaleur afin que le tissu puisse être contrôlé de manière prévisible.

« Il devait y avoir une relation claire entre la quantité de chaleur appliquée, la méthode d’application avec le robot et l’obtention d’un résultat prévisible dans la transformation dimensionnelle du tissu », explique Tessmer. « C’était un processus itératif entre le développement du tissu multicouche, la mesure de son changement dimensionnel, puis la possibilité pour le robot d’appliquer de la chaleur de manière reproductible et prévisible. »

Déjà dans le domaine public, il y avait des lignes directrices pour les gammes existantes de mesures des traits du visage humain. La forme de départ du masque est suffisamment grande pour presque tous les visages avant qu’il ne soit transformé et personnalisé. À partir de là, Tessmer a saisi les dimensions du visage d’un individu et les masques en tricot ont été activés avec un bras robotique équipé d’un pistolet thermique qui applique de la chaleur selon des motifs spécifiques pour les adapter précisément aux mesures du visage.

Besoin de masques motivé par Covid

Avec la fermeture de leurs activités de vente au détail au début de la pandémie, le ministère de l’Approvisionnement est passé de la fabrication de vêtements à la fabrication de masques faciaux.

« La force du travail de Lavender et Skylar est qu’il tire parti des techniques de fabrication additive, qui peuvent être mises en production très rapidement », déclare Gihan Amarasiriwardena ’11, cofondateur du ministère de l’Approvisionnement et président de l’entreprise. «En travaillant avec le laboratoire d’auto-assemblage, nous avons pu concevoir, tester et développer un masque en cinq jours et produire 4 000 masques en deux semaines pour les travailleurs de la santé grâce à notre capacité à utiliser le tricot informatisé 3D. Je pense que ce sera un atout essentiel pour pouvoir réorienter très rapidement les matériaux existants vers les masques à l’avenir.

« L’objectif était de transformer un masque pour qu’il s’adapte parfaitement au visage de n’importe qui, ce qui est un défi majeur avec les masques et autres vêtements », explique Tibbits. « Personne n’a vraiment compris comment faire cela, à part embaucher un tailleur ou avoir beaucoup de tailles standard qui ne correspondent pas parfaitement. »

Il est important de noter que le travail de Tessmer et Tibbits s’est concentré sur l’ajustement d’un masque, et non sur les propriétés requises pour que le matériau d’un masque filtre les particules en suspension dans l’air – bien qu’un filtre standard puisse être inclus pour améliorer son efficacité. Les masques sont également réutilisables et lavables.

« Notre objectif était de meilleures fibres et un processus contrôlable et reproductible pour créer un masque sur mesure », explique Tessmer. « Nous avons créé des masques pour neuf personnes différentes afin de démontrer l’efficacité du processus. »

L’automne dernier, un article qu’ils ont co-écrit, «Masques en tricot personnalisés: changement de forme programmable pour un ajustement personnalisé», a fourni des instructions pour créer des «masques véritablement personnalisables» conformes aux caractéristiques faciales uniques de chaque individu. L’Association pour la conception assistée par ordinateur en architecture (ACADIA) a décerné à Tessmer et Tibbits son prix du meilleur article pour ce travail révolutionnaire.

« Le prix souligne que l’article est exemplaire, présentant une recherche innovante avec une contribution substantielle au domaine décrit », ont noté les juges dans leurs remarques. « En plus de démontrer des méthodes de recherche rigoureuses et une expertise disciplinaire, le document est également bien écrit, apportant de nouvelles perspectives à la communauté ACADIA et au-delà.

L’évolution des variantes du SRAS-CoV-2 suggère que le besoin de masques de haute qualité persistera, et les Centers for Disease Control des États-Unis continuent de soutenir leur utilisation. Amarasiriwardena pense que l’intérêt et le besoin de masques des consommateurs continueront d’exister, ne serait-ce que de manière saisonnière lorsque les gens seront plus fréquemment à l’intérieur. Il dit que l’ajustement et le confort d’un masque sont la deuxième question que posent les clients, après l’efficacité du média filtrant.

« L’efficacité globale est liée à l’ajustement, qui est débloqué par la fabrication personnalisée », explique Amarasiriwardena. « Le Self-Assembly Lab a vraiment repoussé les limites de la fabrication additive, et leurs travaux récents dans le textile associent leur expertise dans les flux CAD-CAM de « piratage » pour créer des produits souples vraiment nouveaux. Alors qu’une grande partie de l’attention s’est concentrée sur l’impression 3D de biens durables, leur innovation dans les textiles montre une large application de la technologie d’auto-assemblage.

Tessmer dit que les masques étaient une excellente étude de cas car ils étaient un accessoire recherché ces dernières années, et il y a eu des problèmes notables avec la façon dont les masques s’adaptent. Elle aimerait appliquer le procédé à d’autres types de vêtements et d’accessoires, comme les chandails et les chaussures.

« À la fin de chaque projet, il y a toujours des choses que vous trouvez qui doivent être améliorées », dit Tessmer. « Il y a beaucoup de futurs développements de tissus, par exemple. Mais je suis satisfait du projet car il s’agit d’une preuve de concept fonctionnelle pour mon idée, et je suis convaincu que cela fonctionne.