Programmierbare Faser integriert Stromversorgung, Datenübertragung und Gesundheitsmonitoring für Militäruniformen

Eine programmierbare Faser wurde entwickelt, die Daten von Militäruniformen übertragen kann. Die Faser kann Strom erzeugen, lebenswichtige Informationen über die Physiologie und Umweltexposition des Trägers liefern, deren Standort an ein Team übermitteln und alarmieren, wenn sie eine Verletzung erleiden. Letztlich könnten Uniformen mit dieser Technologie Sensoren mit Strom versorgen, gesammelte Daten speichern und analysieren und Daten an externe Quellen übertragen.

Die Forscher platzierten Hunderte von quadratischen siliziumbasierten digitalen Mikrochips in einen Vorformling, der eine Polymerfaser erzeugte. Durch präzise Kontrolle des Polymerflusses schufen sie eine Faser mit kontinuierlicher elektrischer Verbindung zwischen den Chips über eine Länge von mehreren zehn Metern.

Bisher waren elektronische Fasern analog und führten ein kontinuierliches elektrisches Signal, anstatt digital, wo diskrete Informationsbits in 0 und 1 kodiert und verarbeitet werden können.

Die Faser selbst ist dünn und flexibel und kann durch eine Nadel gezogen, in Stoffe eingenäht und mindestens 10-mal gewaschen werden, ohne sich zu zersetzen. Die digitale Faser könnte den Kontext verborgener Muster im menschlichen Körper für körperliche Leistungsüberwachung, medizinische Schlussfolgerungen und Früherkennung von Krankheiten aufdecken.

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

Die Faser enthält zudem im Faserspeicher ein neuronales Netzwerk mit 1.650 Verbindungen. Nachdem sie um den Achselbereich eines Shirts genäht wurde, nutzten die Forscher die Faser, um 270 Minuten Oberflächenkörpertemperaturdaten von einer Person zu sammeln, die das Shirt trug, und analysierten, wie diese Daten verschiedenen körperlichen Aktivitäten entsprachen. Auf diesen Daten trainiert, war die Faser in der Lage, mit 96 % Genauigkeit die Aktivität zu bestimmen, an der die Person teilnahm.

Die Fasern könnten Soldaten in Echtzeit auf Gesundheitsveränderungen wie einen Atemfrequenzabfall oder unregelmäßigen Herzschlag aufmerksam machen oder Muskelaktivierungs- oder Herzfrequenzdaten während Trainingsübungen liefern. Sie könnten auch Daten über Giftstoffe liefern, denen Soldaten ausgesetzt sind, die Expositionsdauer und alle Auswirkungen, die diese Giftstoffe auf ihre Physiologie haben.

Die Faser wird von einem kleinen externen Gerät gesteuert, sodass der nächste Schritt darin besteht, einen neuen Chip als Mikrocontroller zu entwerfen, der innerhalb der Faser selbst verbunden werden kann.