麻省理工学院的研究人员创造了第一种具有数字功能的织物纤维，可以使用神经网络收集、存储和分析数据。信用:形象:安娜·吉特森。Roni Cnaani摄。麻省理工学院的研究人员创造了第一根具有数字功能的纤维，它被缝入衬衫后能够感知、存储、分析和推断活动。尤埃尔·芬克是材料科学和电气工程教授，电子研究实验室首席研究员，也是这项研究的资深作者，他说，数字纤维拓展了织物揭示人体隐藏模式背景的可能性，这些模式可用于身体表现监测、医学推断和早期疾病检测。
或者，你可能有一天会把你的婚礼音乐储存在你在大日子穿的礼服里——以后会有更多。
芬克和他的同事在《自然通讯》中描述了数字光纤的特点。直到现在，电子纤维一直是模拟的——传送连续的电信号——而不是数字的，离散的信息比特可以用0和1编码和处理。
芬克说:“这项工作首次实现了具有数字存储和处理数据能力的织物，为纺织品增加了新的信息内容维度，并允许织物按字面意思编程。
麻省理工学院博士生加布里埃尔·洛克和麻省理工学院博士后图拉尔·库迪耶夫是该论文的主要作者。
记忆和更多
这种新纤维是通过将数百个方形硅微米级数字芯片放入预成型件中，然后用预成型件制造聚合物纤维而制成的。通过精确控制聚合物的流动，研究人员能够在几十米的长度上制造出芯片之间具有连续电连接的纤维。
纤维本身薄而柔韧，可以穿过一根针，缝成织物，洗涤至少10次而不分解。根据洛克的说法，“当你把它放进衬衫里时，你根本感觉不到它。你不会知道它在那里。”
他说，制造数字纤维“打开了不同领域的机会，实际上解决了功能纤维的一些问题”。
“这项工作首次实现了一种能够存储和处理数据的织物，为纺织品增加了新的信息内容维度，并允许织物按字面意思进行编程，”Fink说，使用一个单一的过程在一根长而柔韧的光纤内连接数百个数字设备。信用:形象:安娜·吉特森。Roni Cnaani摄。例如，它提供了一种从光纤末端的一个点控制光纤中各个元件的方法。“你可以把我们的光纤想象成一个走廊，元素就像房间，它们每个都有自己独特的数字房间号，”Loke解释道。研究团队设计了一种数字寻址方法，允许他们“打开”一个元件的功能，而无需打开所有元件。
数字光纤还可以在内存中存储大量信息。研究人员能够在光纤上写入、存储和读取信息，包括一个767千比特的全色短电影文件和一个0.48兆字节的音乐文件。这些文件可以不用电源保存两个月。
洛克说，当他们为这种纤维想出“疯狂的想法”时，他们想到了像婚纱这样的应用，这种应用可以将数字婚礼音乐存储在其织物的编织中，甚至可以将纤维的创造故事写入其组件中。
芬克指出，麻省理工学院的这项研究是与RISD的纺织部门密切合作进行的，该部门由阿纳伊斯·米萨基安领导。安娜·吉特·埃尔森-卡恩副教授将数字纤维融入针织服装袖子，从而为创造第一件数字服装铺平了道路。
人体人工智能
光纤还通过在光纤内存中包含一个由1650个连接组成的神经网络，向人工智能迈进了几步。将它缝在衬衫的腋下后，研究人员使用这种纤维从穿着衬衫的人那里收集了270分钟的表面体温数据，并分析了这些数据如何对应于不同的身体活动。经过这些数据的训练，这种纤维能够以96%的准确率确定佩戴它的人在从事什么活动。
研究人员说，在纤维中添加人工智能成分进一步增加了它的可能性。洛克说，带有数字组件的织物可以随着时间的推移在全身收集大量信息，这些“丰富的数据”非常适合机器学习算法。
“这种类型的织物可以提供数量和质量的开源数据，用于提取我们以前不知道的新的身体模式，”他说。
有了这种分析能力，纤维有朝一日可以实时感知和提醒人们注意健康变化，如呼吸下降或心跳不规律，或者在训练过程中向运动员传递肌肉激活或心率数据。
光纤由一个小型外部设备控制，因此下一步将设计一个新的芯片作为微控制器，可以连接到光纤本身。
“当我们能做到这一点时，我们可以称之为光纤计算机，”洛克说。
其他合著者麻省理工学院博士后魏岩；麻省理工学院本科生王志明、傅斯蒂芬妮、艾奥妮斯·查兹维洛格鲁、西曼塔克·佩拉、约莱·绍尔、冯强和伊塔马尔·钦恩；约翰·琼诺普洛斯，弗朗西斯·赖特·戴维斯物理学讲座教授，麻省理工学院士兵纳米技术研究所所长；哈里斯堡科技大学硕士研究生周品文；罗德岛设计学院副教授安娜·吉泰尔森-卡恩和安娜·米萨基安教授，她在RISD大学担任佩瓦洛夫-科恩家族纺织捐赠讲座教授。
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