Programmeerbare digitale vezel: Senseren, opslaan en analyseren van draagbare data

Onderzoekers hebben een vezel met digitale mogelijkheden gecreëerd die in staat is om te senseren, op te slaan, te analyseren en activiteit af te leiden nadat het in een hemd genaaid is. Digitale stoffen onthullen de context van verborgen patronen in het menselijk lichaam die gebruikt kunnen worden voor fysieke prestatiemonitoring, medische inferentie en vroege ziekte detectie.

Tot nu toe zijn elektronische vezels analoog geweest — een continu elektrisch signaal dragen — in plaats van digitaal, waar discrete bits van informatie gecodeerd en verwerkt kunnen worden in 0en en 1en. De nieuwe stof slaat en verwerkt data digitaal, wat een nieuwe informatiedimensie aan textielen toevoegt en stoffen programmeerbaar maakt.

De nieuwe vezel werd gecreëerd door honderden vierkante silicium microscale digitale chips in een preform te plaatsen die toen gebruikt werd om een polymere vezel te creëren. Door de polymere stroom precies te controleren, waren de onderzoekers in staat een vezel te creëren met continue elektrische verbinding tussen de chips over een lengte van tientallen meters. De vezel zelf is dun en flexibel en kan door een naald gepasseerd worden, in stoffen genaaid, en ten minste 10 keer gewassen zonder af te breken.

Een digitale vezel biedt een manier om individuele elementen binnen een vezel te controleren, vanaf één punt aan het einde van de vezel. De onderzoekers bedachten een digitale adresseringsmethode die hen in staat stelt om de functionaliteit van één element "aan te zetten" zonder alle elementen aan te zetten.

Een digitale vezel kan ook veel informatie in geheugen opslaan. De onderzoekers waren in staat om informatie op de vezel te schrijven, op te slaan en te lezen inclusief een 767-kilobit full-color korte filmbestand en een 0,48-megabyte muziekbestand. De bestanden kunnen twee maanden zonder stroom opgeslagen worden.

De vezel doet ook een paar stappen vooruit in kunstmatige intelligentie door, binnen het vezelgeheugen, een neuraal netwerk van 1.650 verbindingen te includeren. Na het eromheen naaien rond de oksel van een hemd, gebruikten de onderzoekers de vezel om 270 minuten oppervlakte lichaamstemperatuurdata te verzamelen van een persoon die het hemd droeg en analyseerden hoe deze data correspondeerden met verschillende fysieke activiteiten. Getraind op deze data, was de vezel in staat om met 96 procent nauwkeurigheid te bepalen welke activiteit de persoon die het droeg bezig was.

Het toevoegen van een AI-component aan de vezel verhoogt de mogelijkheden nog verder. Stoffen met digitale componenten kunnen informatie over het hele lichaam over tijd verzamelen, en deze rijk data zijn perfect voor machine learning algoritmes. Dit type stof kan kwantiteit en kwaliteit open-source data geven voor het extraheren van nieuwe lichaamspatronen.

Met deze analytische kracht zouden de vezels ooit kunnen senseren en mensen in real-time waarschuwen voor gezondheidsveranderingen zoals een respiratoire achteruitgang of een onregelmatige hartslag, of spieractivatie of hartslagfrequentie data aan atleten tijdens training leveren. De vezel wordt gecontroleerd door een klein extern apparaat, dus de volgende stap zal zijn om een nieuwe chip als microcontroller te ontwerpen die binnen de vezel zelf aangesloten kan worden.