Programmierbare digitale Glasfaser

Forscher haben eine Faser mit digitalen Fähigkeiten entwickelt, die in der Lage ist, Aktivitäten zu erfassen, zu speichern, zu analysieren und abzuleiten, nachdem sie in ein Hemd eingenäht wurde. Digitale Gewebe decken den Kontext verborgener Muster im menschlichen Körper auf, die für die Überwachung der körperlichen Leistungsfähigkeit, medizinische Schlussfolgerungen und die Früherkennung von Krankheiten verwendet werden könnten.

Bisher waren elektronische Fasern analog – sie trugen ein kontinuierliches elektrisches Signal – und nicht digital, wo diskrete Informationsbits in Nullen und Einsen codiert und verarbeitet werden können. Der neue Stoff speichert und verarbeitet Daten digital, fügt Textilien eine neue Dimension des Informationsgehalts hinzu und ermöglicht die Programmierung von Stoffen.

Die neue Faser wurde hergestellt, indem Hunderte von quadratischen digitalen Siliziumchips im Mikromaßstab in eine Vorform platziert wurden, die dann zur Herstellung einer Polymerfaser verwendet wurde. Durch die präzise Steuerung des Polymerflusses konnten die Forscher eine Faser mit kontinuierlicher elektrischer Verbindung zwischen den Chips über eine Länge von mehreren zehn Metern herstellen. Die Faser selbst ist dünn und flexibel und kann durch eine Nadel geführt, in Stoffe eingenäht und mindestens 10 Mal gewaschen werden, ohne zu zerfallen.

Eine digitale Faser bietet eine Möglichkeit, einzelne Elemente innerhalb einer Faser von einem Punkt am Ende der Faser aus zu steuern. Die Forscher entwickelten eine digitale Adressierungsmethode, die es ihnen ermöglicht, die Funktionalität eines Elements „einzuschalten“, ohne alle Elemente einzuschalten.

Eine digitale Faser kann auch viele Informationen im Speicher speichern. Die Forscher konnten Informationen auf die Faser schreiben, speichern und lesen, darunter eine 767-Kilobit-Vollfarb-Kurzfilmdatei und eine 0,48-Megabyte-Musikdatei. Die Dateien können zwei Monate ohne Strom aufbewahrt werden.

Die Faser macht auch einige Schritte vorwärts in Richtung künstlicher Intelligenz, indem sie in den Faserspeicher ein neuronales Netzwerk mit 1.650 Verbindungen einbezieht. Nachdem sie es um die Achselhöhle eines Hemdes genäht hatten, verwendeten die Forscher die Faser, um 270 Minuten lang Daten zur Körpertemperatur einer Person zu sammeln, die das Hemd trug, und analysierten, wie diese Daten verschiedenen körperlichen Aktivitäten entsprachen. Anhand dieser Daten trainiert, war die Faser in der Lage, mit 96-prozentiger Genauigkeit festzustellen, welche Aktivität die Person, die sie trug, ausübte.

Das Hinzufügen einer AI-Komponente zur Faser erhöht ihre Möglichkeiten weiter. Stoffe mit digitalen Komponenten können im Laufe der Zeit Informationen über den ganzen Körper sammeln, und diese üppigen Daten sind perfekt für maschinelle Lernalgorithmen. Diese Art von Stoff könnte Quantität und Qualität von Open-Source-Daten zum Extrahieren neuer Körpermuster liefern.

Mit dieser analytischen Kraft könnten die Fasern eines Tages Menschen in Echtzeit erkennen und auf gesundheitliche Veränderungen wie einen Rückgang der Atmung oder einen unregelmäßigen Herzschlag aufmerksam machen oder Sportlern während des Trainings Muskelaktivierungs- oder Herzfrequenzdaten liefern. Die Faser wird von einem kleinen externen Gerät gesteuert, daher wird der nächste Schritt darin bestehen, einen neuen Chip als Mikrocontroller zu entwerfen, der innerhalb der Faser selbst angeschlossen werden kann.