麻省理工学院工程师创建可编程数字光纤 - 内存,传感器和AI

数字纤维

麻省理工学院研究人员已经创建了第一个具有数字功能的Fabric-Fiber,准备使用神经网络收集,存储和分析数据。信用:安娜格特尔森。照片由Roni Cnaani

首先,数字光纤包含存储器,温度传感器和用于推断体育活动的培训的神经网络程序。

麻省理工学院研究人员创建了具有数字能力的第一根纤维,能够在被缝入衬衫后感测,存储,分析和推断活动。

Yoel Fink是一位物质科学和电气工程教授,电子首席调查员的研究实验室和研究的高级作者表示,数字纤维扩大了面料的可能性,以发现人体中隐藏模式的背景可用于物理性能监测,医疗推理和早期疾病检测。

或者,你可能会在大日子里穿上你穿的礼服的婚礼音乐 - 更稍后。

Fink和他的同事们今天(6月3日,2021年6月3日)描述了数字光纤的功能自然通信。到目前为止,电子纤维已经是模拟的 - 携带连续的电信号 - 而不是数字,其中可以在0s和1s中编码和处理离散的信息比特。

“这项工作介绍了一个具有数字存储和处理数据的能力的结构的第一次实现,将新的信息内容维度添加到纺织品中,并允许字面上进行编程面料,”Fink说。

MIT PHD学生Gabriel Loke和MIT Postdoc Tural Khudiyev是纸上的引导作者。其他共同作者MIT Postdoc Wei Yan;麻省理工学院大学生Brian Wang,Stephanie Fu,Ioannis Chatziveroglou,Syamantak Payra,Yorai Shaoul,Johnny Fung和Itamar Chinn;John Joannopoulos,Francis Wright Davis戴维斯董事会理学和士兵纳米技术研究所主任麻省理工学院;哈里斯堡科技大学硕士硕士别人别人罗德岛设计学院Anna Gitelson-Kahn教授Anna Gitelson-Kahn,Anais Missakian教授,他们拥有Pevaroff-Cohn系列赋予RISD纺织品的椅子。

记忆更多

通过将数百个方形的硅片微观数字芯片放入用于产生聚合物纤维的预制件中,通过将数百种硅片微观数码芯片置于用于产生聚合物纤维来产生新的纤维。通过精确地控制聚合物流量,研究人员能够在几十米的长度之间形成具有连续电连接的纤维。

纤维本身是薄而柔性的,可以通过针头,缝制成织物,并在不分解的情况下洗涤至少10次。根据Loke,“当你把它放入衬衫时,你就无法感受到它。你不会知道它在那里。“

制作数字纤维“开辟了不同的机会领域,实际上解决了一些功能纤维的问题,”他说。

例如,它提供了一种控制光纤内的各个元素的方法,从光纤端处的一个点。“你可以将我们的纤维视为走廊,元素就像房间一样,他们每个都有自己独特的数字房间号码,”Loke解释道。该研究团队设计了一种数字寻址方法,允许它们“打开”一个元素的功能而不打开所有元素。

数字光纤还可以存储在内存中的大量信息。研究人员能够在光纤上编写,存储和读取信息,包括767千字节的全彩短片文件和0.48兆字节的音乐文件。可以在没有电源的情况下存储两个月的文件。

Loke说,当他们梦想为纤维的“疯狂的想法”时,他们想到了像婚纱一样的应用程序,这些应用程序将在其面料编织中存储数字婚礼音乐,甚至将光纤创作的故事写入其组件。

Fink注意到麻省理工学院的研究与Anais Missakian领导的RISD纺织部密切合作。Anna Gitelson-Kahn副教授将数字纤维纳入针织服装套管,从而铺平了创造第一款数字衣服的方式。

身上的人工智能

光纤还通过在纤维存储器内包括1,650个连接的神经网络来前进到人工智能中。缝制它围绕衬衫的腋下后,研究人员使用的纤维从穿着衬衫人收集270分钟表面体温的数据,和分析这些数据如何对应于不同的物理活动。培训这些数据,光纤能够以96%确定准确性穿着它的人从事什么活动。

研究人员表示,将AI组件添加到光纤中进一步提高了其可能性。Loke说,带数字组件的织物可以随着时间的推移收集大量的身体上的信息,而这些“郁郁葱葱的数据”是完美的机器学习算法。

“这种类型的面料可以提供数量和质量开源数据,用于提取我们之前不了解的新身体模式,”他说。

通过这种分析能力,有一天的纤维可能会对人们有意义和警告人们,就像呼吸衰退或不规则的心跳一样,或者在训练期间将肌肉激活或心率数据交给运动员。

光纤由小型外部设备控制,因此下一步将设计为可在光纤本身内连接的微控制器设计新芯片。

“当我们能做的时候,我们可以称之为光纤电脑,”Loke说。

参考:“纤维中的数字电子能够实现基于面料的机器学习推论”由Gabriel Loke,Tural Khudiyev,Brian Wang,Stephanie Fu,Syamantak Payra,Yorai Shaoul,Johnny Fugg,Ioannis Chatziveroglou,Pin-Wen Chou,Itamar Chinn,Wei燕,安娜吉特尔森 - Kahn,John Joannopoulos和Yoel Fink,2021年6月3日,自然通信
DOI:10.1038 / S41467-021-23628-5

该研究得到了美国军队纳米技术研究所,国家科学基金会,美国军队研究办公室,麻省理工学院资助和辩护威胁减少机构。

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