可编程光纤包含存储器温度传感器和训练有素的神经网络程序

麻省理工学院的研究人员创造了第一条具有数字功能的纤维,能够在缝入衬衫后感知、存储、分析和推断活动。约尔·芬克,谁是材料科学和教授电气工程,电子主要研究者的研究实验室,并在研究的资深作者,说数字光纤扩大面料的可能性发现隐藏的模式在上下文人体是可用于身体机能监测、医学推断和早期疾病检测。

或者,有一天你可能会将你的婚礼音乐存储在你在重要日子穿的礼服中——稍后会详细介绍。

Fink 和他的同事在Nature Communications 中描述了数字光纤的特性。到目前为止,电子纤维一直是模拟的——携带连续的电信号——而不是数字的,其中离散的信息位可以在 0 和 1 中进行编码和处理。

“这项工作首次实现了一种能够以数字方式存储和处理数据的织物,为纺织品添加了新的信息内容维度,并允许对织物进行逐字编程,”芬克说。

麻省理工学院博士 学生 Gabriel Loke 和麻省理工学院博士后 Tural Khudiyev 是该论文的主要作者。

内存等

新纤维是通过将数百个方形硅微型数字芯片放入预制件中制成的,然后用于制造聚合物纤维。通过精确控制聚合物流动,研究人员能够在数十米的长度内制造出一种在芯片之间具有连续电连接的纤维。

纤维本身又细又柔,可以穿过针,缝成织物,洗至少10次也不会断裂。根据洛克的说法,“当你把它放在衬衫里时,你根本感觉不到它。你不会知道它在那里。”

制造数字纤维“开辟了不同领域的机会,实际上解决了功能纤维的一些问题,”他说。

“这项工作首次实现了一种具有存储和处理数据能力的织物,为纺织品添加了新的信息内容维度,并允许对织物进行逐字编程,”使用单个过程将数百个数字设备连接到一个长期灵活的纤维,芬克说。信用:图片:安娜吉特尔森。罗妮·卡纳尼摄。

例如,它提供了一种从光纤末端的一个点控制光纤内单个元素的方法。“你可以把我们的光纤想象成一条走廊,元素就像房间,每个房间都有自己独特的数字房间号,”洛克解释说。研究小组设计了一种数字寻址方法,允许他们“打开”一个元素的功能,而无需打开所有元素。

数字光纤还可以在内存中存储大量信息。研究人员能够在光纤上写入、存储和读取信息,包括一个 767 KB 的全彩色短片文件和一个 0.48 兆字节的音乐文件。文件可以在断电的情况下保存两个月。

Loke 说,当他们为纤维构想“疯狂的想法”时,他们想到了这样的应用,比如婚纱,将数字婚礼音乐存储在其织物的编织中,甚至将纤维的创造故事写入其组件中。

芬克指出,麻省理工学院的研究与由 Anais Missakian 领导的 RISD 纺织部门密切合作。Anna Gitelson-Kahn 副教授将数字纤维融入针织服装袖子中,从而为创造第一件数字服装铺平了道路。

体人工智能

通过在光纤内存中包含一个由 1,650 个连接组成的神经网络,该光纤还向人工智能迈进了几步。在将它缝在衬衫的腋下后,研究人员使用这种纤维从穿着衬衫的人身上收集了 270 分钟的表面体温数据,并分析这些数据如何对应于不同的身体活动。根据这些数据进行训练,该纤维能够以 96% 的准确率确定佩戴它的人从事的活动。

研究人员说,在纤维中添加人工智能组件进一步增加了它的可能性。Loke 说,随着时间的推移,带有数字组件的织物可以在全身收集大量信息,这些“丰富的数据”非常适合机器学习算法。

“这种类型的织物可以提供数量和质量的开源数据,用于提取我们以前不知道的新身体模式,”他说。

凭借这种分析能力,纤维有朝一日可以感知并实时提醒人们健康变化,例如呼吸衰退或心律不齐,或者在训练期间向运动员提供肌肉活动或心率数据。

光纤由一个小型外部设备控制,因此下一步将设计一个新芯片作为微控制器,可以连接到光纤内部。

“当我们能够做到这一点时,我们可以称其为光纤计算机,”洛克说。

其他合著者麻省理工学院博士后魏燕;麻省理工学院本科生 Brian Wang、Stephanie Fu、Ioannis Chatziveroglou、Syamantak Payra、Yorai Shaoul、Johnny Fung 和 Itamar Chinn;John Joannopoulos,弗朗西斯·赖特·戴维斯物理学讲席教授兼麻省理工学院士兵纳米技术研究所所长;哈里斯堡科技大学硕士生周品文;罗德岛设计学院副教授 Anna Gitelson-Kahn 和 Anais Missakian 教授,后者在 RISD 担任 Pevaroff-Cohn Family Endowed 纺织品教席。

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