Programmeerbare digitale vezel

Onderzoekers hebben een vezel gemaakt met digitale mogelijkheden die activiteit kan detecteren, opslaan, analyseren en afleiden nadat het in een shirt is genaaid. Digitale stoffen onthullen de context van verborgen patronen in het menselijk lichaam die kunnen worden gebruikt voor het monitoren van fysieke prestaties, medische gevolgtrekkingen en vroege detectie van ziekten.

Tot nu toe waren elektronische vezels analoog - met een continu elektrisch signaal - in plaats van digitaal, waar discrete stukjes informatie kunnen worden gecodeerd en verwerkt in nullen en enen. De nieuwe stof slaat gegevens digitaal op en verwerkt ze, waardoor een nieuwe informatie-inhoudsdimensie aan textiel wordt toegevoegd en stoffen kunnen worden geprogrammeerd.

De nieuwe vezel is gemaakt door honderden vierkante digitale siliciumchips op microschaal in een voorvorm te plaatsen die vervolgens werd gebruikt om een ​​polymeervezel te maken. Door de polymeerstroom nauwkeurig te regelen, konden de onderzoekers een vezel creëren met een continue elektrische verbinding tussen de chips over een lengte van tientallen meters. De vezel zelf is dun en flexibel en kan door een naald worden gehaald, in stoffen worden genaaid en minstens 10 keer worden gewassen zonder af te breken.

Een digitale vezel biedt een manier om individuele elementen binnen een vezel te besturen, vanaf één punt aan het uiteinde van de vezel. De onderzoekers bedachten een digitale adresseringsmethode waarmee ze de functionaliteit van één element kunnen 'aanzetten' zonder alle elementen aan te zetten.

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

De glasvezel zet ook een paar stappen vooruit in kunstmatige intelligentie door in het glasvezelgeheugen een neuraal netwerk van 1.650 verbindingen op te nemen. Nadat ze het rond de oksel van een shirt hadden genaaid, gebruikten de onderzoekers de vezel om 270 minuten aan lichaamstemperatuurgegevens aan het oppervlak te verzamelen van een persoon die het shirt droeg en analyseerden ze hoe deze gegevens overeenkwamen met verschillende fysieke activiteiten. Getraind op deze gegevens, was de vezel in staat om met 96 procent nauwkeurigheid te bepalen met welke activiteit de persoon die de vezel droeg, bezig was.

Door een AI-component aan de vezel toe te voegen, worden de mogelijkheden nog groter. Stoffen met digitale componenten kunnen in de loop van de tijd informatie over het hele lichaam verzamelen, en deze weelderige gegevens zijn perfect voor algoritmen voor machine learning. Dit type stof zou kwantiteit en kwaliteit open-source gegevens kunnen opleveren voor het extraheren van nieuwe lichaamspatronen.

Met deze analytische kracht zouden de vezels op een dag mensen in realtime kunnen detecteren en waarschuwen voor gezondheidsveranderingen zoals een ademhalingsverlies of een onregelmatige hartslag, of spieractivatie of hartslaggegevens aan atleten leveren tijdens de training. De vezel wordt aangestuurd door een klein extern apparaat, dus de volgende stap is het ontwerpen van een nieuwe chip als een microcontroller die in de vezel zelf kan worden aangesloten.