TECNOLOGIA: LA NUOVA STOFFA PROGRAMMABILE, CON INTELLIGENZA ARTIFICIALE E SENSORI

 

In un primo momento, la fibra digitale contiene memoria, sensori di temperatura e un programma di rete neurale addestrato per dedurre l'attività fisica.

I ricercatori del MIT hanno creato la prima fibra con funzionalità digitali, in grado di rilevare, memorizzare, analizzare e dedurre l'attività dopo essere stata cucita in una maglietta.

Yoel Fink, professore di scienze dei materiali e ingegneria elettrica, ricercatore principale del Laboratorio di ricerca di elettronica e autore senior dello studio, afferma che le fibre digitali ampliano le possibilità dei tessuti di scoprire il contesto dei modelli nascosti nel corpo umano che Potrebbe essere utilizzato per il monitoraggio delle prestazioni fisiche, l'inferenza medica e la diagnosi precoce delle malattie.

Oppure, potresti un giorno conservare la musica del tuo matrimonio nell'abito che indossavi il grande giorno, ne parleremo più avanti.

Fink e i suoi colleghi descrivono le caratteristiche della fibra digitale oggi (3 giugno 2021) in Nature Communications. Fino ad ora, le fibre elettroniche sono state analogiche, trasportando un segnale elettrico continuo, piuttosto che digitale, dove bit discreti di informazioni possono essere codificati ed elaborati in 0 e 1.

'Questo lavoro presenta la prima realizzazione di un tessuto con la capacità di archiviare ed elaborare i dati digitalmente, aggiungendo una nuova dimensione di contenuto informativo ai tessuti e consentendo ai tessuti di essere programmati letteralmente', afferma Fink.

Il dottorando del MIT Gabriel Loke e il postdoc del MIT Tural Khudiyev sono gli autori principali dell'articolo. Altri coautori MIT postdoc Wei Yan; Studenti universitari del MIT Brian Wang, Stephanie Fu, Ioannis Chatziveroglou, Syamantak Payra, Yorai Shaoul, Johnny Fung e Itamar Chinn; John Joannopoulos, professore di fisica della Francis Wright Davis Chair e direttore dell'Institute for Soldier Nanotechnologies al MIT; Pin-Wen Chou, studente del master della Harrisburg University of Science and Technology; La professoressa associata della Rhode Island School of Design Anna Gitelson-Kahn e la professoressa Anais Missakian, che detiene la cattedra di tessile della famiglia Pevaroff-Cohn al RISD.

Memoria e altro

La nuova fibra è stata creata inserendo centinaia di chip digitali quadrati in microscala di silicio in una preforma che è stata poi utilizzata per creare una fibra polimerica. Controllando con precisione il flusso del polimero, i ricercatori sono stati in grado di creare una fibra con connessione elettrica continua tra i chip su una lunghezza di decine di metri.

La fibra stessa è sottile e flessibile e può essere passata attraverso un ago, cucita in tessuti e lavata almeno 10 volte senza rompersi. Secondo Loke, 'Quando lo metti in una maglietta, non lo senti affatto. Non sapresti che era lì.'

Realizzare una fibra digitale 'apre diverse aree di opportunità e risolve effettivamente alcuni dei problemi delle fibre funzionali', afferma.

Ad esempio, offre un modo per controllare i singoli elementi all'interno di una fibra, da un punto all'estremità della fibra. 'Puoi pensare alla nostra fibra come a un corridoio, e gli elementi sono come stanze, e ognuno di loro ha i propri numeri di stanza digitali univoci', spiega Loke. Il team di ricerca ha ideato un metodo di indirizzamento digitale che consente loro di 'accendere' la funzionalità di un elemento senza accendere tutti gli elementi.

Una fibra digitale può anche immagazzinare molte informazioni in memoria. I ricercatori sono stati in grado di scrivere, archiviare e leggere informazioni sulla fibra, tra cui un file di cortometraggio a colori da 767 kilobit e un file musicale da 0,48 megabyte. I file possono essere archiviati per due mesi senza alimentazione.

Quando stavano inventando 'idee folli' per la fibra, dice Loke, hanno pensato ad applicazioni come un abito da sposa che memorizzasse la musica digitale del matrimonio all'interno della trama del suo tessuto, o addirittura scrivendo la storia della creazione della fibra nei suoi componenti.

Fink osserva che la ricerca al MIT era in stretta collaborazione con il dipartimento tessile del RISD guidato da Anais Missakian. La professoressa associata Anna Gitelson-Kahn ha incorporato le fibre digitali in una manica in maglia, aprendo così la strada alla creazione del primo capo digitale.

Intelligenza artificiale sul corpo

La fibra fa anche qualche passo avanti nell'intelligenza artificiale includendo, all'interno della memoria della fibra, una rete neurale di 1.650 connessioni. Dopo averlo cucito intorno all'ascella di una maglietta, i ricercatori hanno usato la fibra per raccogliere 270 minuti di dati sulla temperatura corporea superficiale da una persona che indossava la maglietta e analizzare come questi dati corrispondessero a diverse attività fisiche. Addestrata su questi dati, la fibra è stata in grado di determinare con una precisione del 96% in quale attività era impegnata la persona che la indossava.

L'aggiunta di un componente AI alla fibra ne aumenta ulteriormente le possibilità, affermano i ricercatori. I tessuti con componenti digitali possono raccogliere molte informazioni in tutto il corpo nel tempo e questi 'dati lussureggianti' sono perfetti per gli algoritmi di apprendimento automatico, afferma Loke.

'Questo tipo di tessuto potrebbe fornire dati open source di quantità e qualità per estrarre nuovi modelli del corpo di cui non eravamo a conoscenza prima', afferma.

Con questo potere analitico, le fibre un giorno potrebbero rilevare e avvisare le persone in tempo reale di cambiamenti di salute come un declino respiratorio o un battito cardiaco irregolare, o fornire dati sull'attivazione muscolare o sulla frequenza cardiaca agli atleti durante l'allenamento.

La fibra è controllata da un piccolo dispositivo esterno, quindi il prossimo passo sarà progettare un nuovo chip come microcontrollore che possa essere collegato all'interno della fibra stessa.

'Quando possiamo farlo, possiamo chiamarlo un computer in fibra', dice Loke.

Questa ricerca è stata supportata dall'US Army Institute of Soldier Nanotechnology, dalla National Science Foundation, dall'U.S. Army Research Office, dal MIT Sea Grant e dalla Defense Threat Reduction Agency.

Articolo originale: Scitech Daily

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