Хотя ткани, которые мы носим сегодня, могут согреть нас и защитить от непогоды, ученые продолжают демонстрировать, что вскоре они могут сделать гораздо больше. Ученый из Массачусетского технологического института Йоэль Финк был на переднем крае этой области уже более десяти лет и только что совершил значительный прорыв, продемонстрировав первое в истории цифровое волокно-ткань, которое может хранить и обрабатывать информацию, среди других интересных функций.
От эластичных тканей, которые запитывают носимые гаджеты от пота, до рубашек, которые собирают энергию от движения, и тканых светодиодных волокон, которые могут формировать носимые дисплеи, - область интеллектуального текстиля полна захватывающих возможностей. Финк и его коллеги продемонстрировали интересный способ еще в 2010 году, разработав волокна, которые улавливают звук и могут быть вплетены в ткань, чтобы превратить ее в чувствительный микрофон.
Команда Финка продвинулась дальше в этой области. Они описывают электронные волокна, которые были разработаны как аналоговые, в том смысле, что они могут передавать непрерывный электрический сигнал, но не цифровую информацию, которая будет обрабатываться в 0 и 1. Чтобы привнести такую возможность в текстильные волокна, команде Массачусетского технологического института пришлось проявить творческий подход.
Хотя ткани, которые мы носим сегодня, могут согревать нас и защищать от непогоды, ученые продолжают демонстрировать, как однажды они могут сделать гораздо больше. Впервые в мире, цифровое волокно содержит память, датчики температуры и обученную программу нейронной сети для определения физической активности. Фото: Anna Gittelson/Roni Cnaani
Это включало размещение сотен кремниевых цифровых чипов в литой преформе, чтобы встроить это в полимерное волокно. Тщательно контролируя этот процесс, команда смогла создать волокно длиной в десятки метров, с сотнями вкрапленных цифровых чипов и непрерывным электрическим соединением. Волокно достаточно тонкое, чтобы его можно было пропустить через ушко обычной иглы, и его можно незаметно вшить в ткань. Ткань даже выдерживает не менее 10 циклов стирки, не ломаясь.
«Когда вы внедрите волокно в рубашку, вы это совсем не почувствуете», - говорит автор исследования Габриэль Локе. «Вы и не догадаетесь, что оно там есть».
Ученые Массачусетского технологического института представляют множество возможностей для своей цифровой ткани. 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. Фото: Anna Gittelson/Roni Cnaani
Ученые продемонстрировали функциональность своего цифрового волокна, записывая, храня и читая на нем информацию, включая 767-килобитный полноцветный короткометражный фильм и 0,48-мегабайтный музыкальный файл, которые можно хранить в течение двух месяцев без питания. Они также включили нейронную сеть, состоящую из 1650 соединений, которая включает в себя искусственный интеллект.
Исследователи применили эту версию, вшив ее в подмышку рубашки, где цифровое волокно собрало данные о температуре тела пользователя за 270 минут. Система могла даже понять взаимосвязь между данными о поте и различными физическими упражнениями, предпринимаемыми пользователем, и после некоторого обучения смогла определить, какой деятельностью они занимаются с точностью 96%.
Крупный план цифрового волокна, продеваемого как нить в игольное ушко. Фото: Pin-Wen Chou/Pin-Wen Chou
Ткани с такой функциональностью могут использоваться для долгосрочного мониторинга здоровья путем сбора данных о теле для распознавания ранних признаков заболевания, таких как нерегулярное сердцебиение или снижение дыхания. Ученые планируют продолжать улучшать волокно и открывать еще больше возможностей для его использования, а следующие шаги включают включение микроконтроллера для замены внешнего устройства, которое в настоящее время используется для управления им.
«Эта работа представляет собой первую реализацию ткани, способной хранить и обрабатывать данные в цифровом виде, добавляя новое измерение содержания информации к текстилю и позволяя буквально программировать ткани», - говорит Финк.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
