Инженеры создают программируемое волокно

Инженерысоздаютпрограммируемоеволокно

Исследователи Массачусетского технологического института создали первое волокно с цифровыми возможностями, способное обнаруживать, хранить, анализировать и определять активность после того, как оно зашито в рубашку.

Йоэль Финк, профессор кафедры материаловедения и инженерии, электротехники и информатики, главный исследователь исследовательской лаборатории электроники и старший автор исследования, говорит, что цифровые волокна расширяют возможности тканей для раскрыть контекст скрытых закономерностей в человеческом теле, которые можно использовать для мониторинга физической работоспособности, медицинских выводов и раннего выявления заболеваний.

Или вы можете когда-нибудь хранить свою свадебную музыку в платье вы были одеты в большой день – подробнее об этом позже.

Финк и его коллеги описывают особенности цифрового волокна сегодня в Nature Communications . До сих пор электронные волокна были аналоговыми, передавая непрерывный электрический сигнал, а не цифровыми, где дискретные биты информации можно было кодировать и обрабатывать в виде нулей и единиц.

«Эта работа представляет собой – первая реализация ткани с возможностью хранить и обрабатывать данные в цифровом виде, добавляя новое измерение содержания информации к текстилю и позволяя буквально программировать ткани », – говорит Финк.

Аспирант Массачусетского технологического института Габриэль Локе и постдок из Массачусетского технологического института Турал Худиев – ведущие авторы статьи. Другие соавторы, постдок из Массачусетского технологического института Вэй Янь; Студенты Массачусетского технологического института Брайан Ван, Стефани Фу, Иоаннис Чатзивероглу, Шьямантак Пайра, Йораи Шауль, Джонни Фунг и Итамар Чинн; Джон Джоаннопулос, профессор кафедры физики Фрэнсиса Райта Дэвиса и директор Института солдатских нанотехнологий Массачусетского технологического института; Магистрант Гаррисбургского университета науки и технологий Пин-Вэнь Чоу; и доцент школы дизайна Род-Айленда Анна Гительсон-Кан. Работа с тканями была организована профессором Анаис Мисакян, заведующей кафедрой текстильных изделий семьи Певарофф-Кон в RISD.

Память и многое другое

Новое волокно было создано путем помещения сотен квадратных кремниевых микросхем микромасштаба в преформу, которая затем использовалась для создания полимерного волокна. Точно контролируя поток полимера, исследователи смогли создать волокно с непрерывным электрическим соединением между чипами на протяжении десятков метров.

Само волокно тонкое и гибкое и может пропустить через иглу, вшить в ткань и постирать не менее 10 раз без поломки. По словам Локи: «Когда вы надеваете его на рубашку, вы совсем не чувствуете его. Вы и не догадываетесь, что это было там ».

Создание цифрового волокна« открывает различные области возможностей и фактически решает некоторые проблемы функциональных волокон », – говорит он.

Например, он предлагает способ управления отдельными элементами внутри волокна из одной точки на конце волокна. «Вы можете думать о нашем волокне как о коридоре, а его элементы – как о комнатах, и у каждой из них есть свои уникальные цифровые номера комнат», – объясняет Локи. Исследовательская группа разработала метод цифровой адресации, который позволяет им «включать» функциональность одного элемента, не включая все элементы.

Цифровое волокно также может хранить большой объем информации в объем памяти. Исследователи смогли записывать, хранить и считывать информацию о волокне, включая 767 – килобитный полноцветный короткометражный видеофайл и 0. мегабайтный музыкальный файл. Файлы могут храниться в течение двух месяцев без электричества.

Когда они придумывали «сумасшедшие идеи» для волокна, говорит Локи, они думали о таких приложениях, как свадебное платье, которое будет хранить цифровые данные. свадебная музыка в переплетении ткани или даже запись истории создания волокна в его компоненты.

Финк отмечает, что исследования в Массачусетском технологическом институте проводились в тесном сотрудничестве с отделом текстиля в RISD. во главе с Мисакяном. Гительсон-Кан включил цифровые волокна в трикотажный рукав одежды, тем самым проложив путь к созданию первой цифровой одежды.

Искусственный интеллект на теле

Волокно также делает несколько шагов вперед в развитии искусственного интеллекта, включая в память волокна нейронную сеть из 1, 650 соединения. Пришив его к подмышке рубашки, исследователи использовали волокно для сбора 270 минут данных о температуре поверхности тела человека, носящего рубашку, и анализа соответствия этих данных. к разным физическим нагрузкам. Обученное на этих данных, волокно смогло определить с 96 точностью в процентах, чем занимался человек, носивший его.

По словам исследователей, добавление в волокно компонента искусственного интеллекта еще больше увеличивает его возможности. Ткани с цифровыми компонентами могут со временем собирать много информации по всему телу, и эти «богатые данные» идеально подходят для алгоритмов машинного обучения, – говорит Локи.

«Этот тип ткани может дать количество и качественные данные из открытых источников для извлечения новых моделей тела, о которых мы не знали раньше », – говорит он.

Благодаря этой аналитической способности волокна когда-нибудь смогут обнаруживать и предупреждать людей в в реальном времени к изменениям здоровья, таким как снижение дыхания или нерегулярное сердцебиение, или передача данных об активации мышц или частоте сердечных сокращений спортсменам во время тренировки.

Волокно управляется небольшим внешним устройством, поэтому следующим шагом будет разработка нового чипа в качестве микроконтроллера, который может быть подключен к самому оптоволокну.

«Когда мы сможем это сделать, мы сможем назвать его оптоволоконным компьютером», – Локи.

Это исследование было поддержано Институтом солдатских нанотехнологий армии США, Национальным научным фондом, Исследовательским офисом армии США, MIT Sea Gr. муравей и Агентство по уменьшению угроз.