دانشگاه MIT موفق به ساخت اولین الیاف پارچه‌ای دیجیتالی

محققان دانشگاه MIT موفق به ساخت اولین الیاف پارچه‌ای دیجیتالی شدند؛ این الیاف دیجیتالی می‌تواند با استفاده از شبکه عصبی داده‌ها را جمع‌آوری، ذخیره و تحلیل کند

محققان دانشگاه MIT موفق به ساخت اولین الیاف دیجیتالی در جهان شدند؛ این الیاف به لباس دوخته می‌شود و می‌تواند داده‌ها را جمع‌آوری، ذخیره‌ و تحلیل کند و میزان فعالیت بدنی فرد را اندازه‌گیری کند.

یوئل فینک، یکی از محققان پژوهشکده برق دانشگاه MIT و نویسنده مسئول این پژوهش می‌گوید پارچه‌ها با تکیه بر این فیبرهای دیجیتالی می‌توانند الگوهای ناشناخته بدن انسان را کشف کنند؛ از این الگوها می‌توان برای کنترل و نظارت بر فعالیت‌های بدنی، جمع‌آوری اطلاعات پزشکی و تشخیص به موقع بیماری استفاده کرد.

ایئول فینک تدریس در دانشکده‌های علم و مهندسی مواد، مهندسی برق و علوم کامپیوتر را نیز در کارنامه خود دارد.شاید روزی فرا برسد که افراد بتوانند موسیقی روز عروسی‌شان را در لباس‌‌شان ذخیره کنند.

فینک و همکارانش در مقاله‌ای که در Nature Communications به چاپ رساندند به شرح و توصیف ویژگی‌های این فیبرهای دیجیتالی پرداختند. تا پیش از ین، فیبرهای الکترونیکی آنالوگ بودند؛ به بیان دیگر، این فیبرها به جای حمل سیگنال‌های دیجیتالی، سیگنال الکترونیکی پیوسته حمل می‌کردند. در سیگنال‌های دیجیتالی می‌توان بیت‌های گسسته اطلاعات را کدگذاری کرد و به صورت ۰ و ۱ پردازش کرد.

به گفته فینک:« ما در این پژوهش موفق به ساخت فیبری شدیم که می‌تواند به صورت دیجیتالی داده ها را ذخیره و پردازش کند. در ضمن این فیبر، امکان ذخیره اطلاعات در منسوجات و هم‌چنین برنامه‌نویسی آن‌ها را فراهم می‌کند.»

حافظه و ویژگی‌های دیگر

برای ساخت الیاف دیجیتالی ابتدا صدها تراشه دیجیتالیِ مربعی شکل، سیلیکونی و ریزمقیاس در الیاف پیش ساخته قرار داده شد و سپس از آن برای ساخت فیبر پلیمری استفاده شد. پژوهشگران به دقت جریان پلیمر را تحت کنترل داشتند و توانستند فیبری تولید کنند که میان تراشه‌های آن اتصالات الکتریکی پیوسته‌ای به طول ده‌ها متر برقرار است.

فیبر تولیدشده نازک و انعطاف‌پذیر است و می‌توان آن را از یک نخ عبور داد و به پارچه‌ دوخت. علاوه بر این، این فیبر را می‌توان حداقل ۱۰ بار بدون اینکه آسیبی به بافت آن وارد شود، شست. به گفته لوک « اگر این فیبر را به لباس‌تان بدوزید، به هیچ وجه وجودش را احساس نخواهید کرد.»طبق اظهارات لوک ساخت فیبر دیجیتالی « فرصت‌های بی‌شماری پیش روی ما قرار می‌دهد و برخی از مشکلات فیبرهای کاربردی را رفع می‌کند.»

برای مثال، این محصول راهی برای کنترل عناصر تشکیل‌دهنده فیبر پیش روی ما قرار می‌دهد. طبق توضیحات لوک « می‌توانید این فیبر را یک راهرو و عناصر آن را به صورت اتاق‌هایی مجسم کنید که هر کدام از آن‌ها شماره دیجیتالی مخصوص به خود را دارند.» تیم تحقیقاتی دانشگاه MIT این فیبر را به یک متد آدرس‌دهی دیجیتالی مجهز کرده‌ است و از این طریق می‌توانند فقط یکی از عناصر فیبر را فعال کنند و این در حالی‌ است که دیگر عناصر تشکیل‌دهنده فیبر کماکان غیرفعال باقی خواهند ماند.

علاوه بر آنچه گفته شد، این الیاف دیجیتالی می‌تواند اطلاعات زیادی را در حافظه ذخیره کند. این پژوهشگران توانستند اطلاعاتی را در فیبر بنویسند، ذخیره کنند و آن‌ها را بخوانند. بخشی از این اطلاعات شامل یک فیلم کوتاه‌ تمامی رنگی به حجم ۷۶۷ کیلو بایت و یا فایل موسیقی به حجم ۴۸/۰ مگابایت بود. این فایل‌ها را می‌توان به مدت دو ماه و بدون نیاز به برق در این فیبر ذخیره کرد.

لوک می‌گوید هنگامی رویا‌پردازی در مورد «ایده‌های عجیب و غریب» فیبر ، به کاربردهایی که این محصول می‌تواند داشته باشد هم فکر می‌کردیم. برای مثال می‌توان از این فیبر در لباس عروسی استفاده کرد و موسیقی عروسی را در بافت پارچه ذخیره کرد و یا حتی می‌توان داستان ساخت این الیاف دیجیتالی را در عناصر تشکیل‌دهنده آن نوشت.
فینک خاطر نشان می‌کند که این پژوهش با همکاری دانشکده منسوجات دانشگاه RISD که ریاست آن را میساکیان بر عهده دارد، انجام شده است. گیتلسون کان این فیبر را به آستین یک لباس دوخت و راه را برای ساخت اولین لباس دیجیتالی هموار کرد.

هوش مصنوعی بر روی بدن انسان

این الیاف دیجیتالی به هوش مصنوعی نیز مجهز شده است؛ حافظه این فیبر دارای یک شبکه عصبی با ۱۶۵۰ اتصال است. پژوهشگران این فیبر را به زیر بغل یک پیراهن دوختند و توانستند با استفاده از آن ۲۷۰ دقیقه از داده‌های مربوط به دمای سطح بدن فردی که پیراهن را پوشیده بود، جمع‌آوری کنند و ارتباط این داده‌ها با فعالیت‌های بدنی گوناگون را مشخص کنند.

سپس این داده‌ها را به فیبر آموزش دادند و فیبر توانست با نرخ دقت ۹۶ درصدی فعالیتی که فرد در زمان پوشیدن پیراهن انجام می‌داد را تشخیص دهد.

به گفته پژوهشگران، تجهیز این فیبر به هوش مصنوعی، توانمندی‌ها و قابلیت‌های آن را افزیش می‌دهد. به عقیده لوک پارچه‌هایی که دارای الیاف دیجیتالی هستند می‌توانند در طول زمان اطلاعات زیادی را جمع‌آوری کنند و این داده‌های کاربردی را می‌توان به الگوریتم‌های یادگیری ماشین تغذیه کرد.

به گفته لوک:« این نوع پارچه می‌تواند داده‌های متن باز کمّی و کیفی مورد نیاز برای استخراج الگوهای ناشناخته بدن انسان را در اختیار ما قرار دهد.»

روزی فرا می‌رسد که این فیبر با تکیه بر قدرت تحلیلی‌اش می‌تواند به صورت لحظه‌ای تغییراتی که در وضعیت سلامتی فرد (برای مثال، تنگی نفس و تپس قلب غیرمعمولی) ایجاد می‌شود را احساس کند و به وی هشدار دهد و یا حتی می‌تواند اطلاعات مربوط به فعال‌سازی عضله و نرخ ضربان قلب را در طول تمرین به اطلاع ورزشکاران برساند.

این فیبر به وسیله یک وسیله خارجی کوچک کنترل می‌شود و به همین دلیل پژوهشگران تصمیم دارند در گام بعدی خود یک تراشه ریزکنترل‎گر طراحی کنند که به فیبر متصل شود.لوک می‌گوید ساخت این تراشه به معنای ساخت کامپیوترهای فیبری است.

این پژوهش تحت حمایت مؤسسه نظامی فناوری‌های نانو وابسته به ارتش آمریکا، بنیاد ملی علوم، پژوهشکده ارتش آمریکا، MIT Sea Grant و آژانس کاهش تهدیدات دفاعی قرار داشت.