Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT, США) создали первое волокно для тканей с цифровыми возможностями, способное распознавать, хранить, анализировать биоданные, а также определять активность пользователя через обученную программу нейронной сети. С его помощью можно отслеживать физическую работоспособность, состояние здоровья человека, а также диагностировать заболевания на ранних стадиях, сообщает пресс-служба MIT. Ученые описывают особенности цифрового волокна в журнале Nature Communications.
До сих пор электронные волокна были аналоговыми – передающими непрерывный электрический сигнал, – а не цифровыми, где дискретные биты информации можно кодировать и обрабатывать в двоичной системе. Новое волокно буквально позволяет программировать ткани.
Чтобы получить волокно, инженеры поместили сотни квадратных кремниевых микросхем в преформу. Точно контролируя поток полимера, исследователи смогли создать волокно с непрерывным электрическим соединением между чипами на протяжении десятков метров.
Само волокно тонкое и гибкое, его можно пропускать через иглу, вшивать в ткань и стирать не менее 10 раз – и оно не разрушится. При этом, человек, который наденет рубашку с таким волокном, не почувствует его. Отдельными элементами, которые находятся внутри «умных» нитей можно управлять из одной точки на конце волокна: можно включать одни элементы и выключать другие в зависимости от задачи.
Цифровое волокно также может хранить в памяти много информации. Исследователи смогли записывать, хранить и считывать информацию о волокне, включая 767-килобитный полноцветный короткий видеофайл и 0,48-мегабайтный музыкальный файл. Файлы можно хранить в течение двух месяцев без питания.
Также внутрь волокна «вшита» нейронная сеть из 1650 соединений. Пришив его к подмышке рубашки, исследователи использовали волокно, чтобы собрать 270 минут данных о температуре поверхности тела человека, носящего «цифровую рубашку», и проанализировать, как эти данные соотносятся с различными физическими нагрузками. Обученное на этих данных, оптоволокно смогло с 96-процентной точностью определить, чем занимается человек, носящий его.
Благодаря этой аналитической способности волокна когда-нибудь смогут обнаруживать и предупреждать людей в режиме реального времени об изменениях здоровья – например, о снижение частоты дыхания или нерегулярном сердцебиении, или передавать данные об активации мышц или частоте сердечных сокращений спортсменам во время тренировок.
Волокно управляется небольшим внешним устройством, поэтому следующим шагом будет разработка нового чипа в качестве микроконтроллера, который может быть подключен к самому волокну.
[Фото: ANNA GITTELSON. PHOTO BY RONI CNAANI]
