Інженери з MIT створили цифрове волокно з сотень кремнієвих мікросхем, яке за допомогою голки вшили у светр. А потім записали на нього 767-кілобітне повноколірне відео та 0,48-мегабайтну пісню. Втім, на цьому вони не зупинилися і додали ще 1650 з’єднань для нейромережі, яка за змінами температури із 96-відсоткою точністю визначила, чим займався вдягнутий у таку футболку. Згідно із опублікованою у Nature Communications статтею, «прошитий» розумними нитками одяг можна прати не менш як десять разів.
Roni Cnaani
Що розумного можна на себе вдягти?
Більшості пристроїв, які б могли збирати про нас інформацію або давати змогу якось по-іншому взаємодіяти зі світом, необхідно розміщуватися на нашому тілі. І тут розробникам доводиться вигадувати щось цікаве, аби переконати потенційних користувачів носити з собою ще якийсь додатковий об'єкт. Вони пропонують більш ергономічні браслети, окуляри та навушники або взагалі наклеюють, друкують одразу на шкірі та вживляють електроди, щоб ще більше поєднати нас із натільною технікою. Хоча нещодавно ми писали про розумну колонку, яка безконтактно відстежила серцевий ритм, все ж Bluetooth для керування роботам пропонують наносити електронним татуюванням. Різноманіття форм обмежується тим, що більшість систем все ж вимагає якогось жорсткого пристрою, якому потрібно знаходитися на певній ділянці вашого тіла.
У статті дослідники прямо говорять, що носимими або натільними краще називати одяг - він більше за будь-який браслет контактує з нашим тілом, всі його носять і врешті решт не доведеться повністю покривати себе електронними татуюваннями. Однак, щоб ваш светр міг щось зчитувати або аналізувати і при цьому лишатися таким же м’яким, технології слід безпосередньо «вшивати» у нього. Вже з’являються волокна із більш складними функціями від оптичного зв’язку до виконавчих пристроїв. Втім, всі вони без винятку були аналоговими - передавали безперервний електричний сигнал, - а не цифровими, де дискретні біти інформації можна кодувати і обробляти за 0 і 1. І при цьому досі кожне таке функціональне волокно працювало як один тандемний пристрій, а тому єдиним способом виконання безлічі функцій було використання декількох волокон, що збільшувало необхідну кількість сенсорів або чіпів, що тягне за собою питання екологічності і надійності.
Цифрові нитки у голці та вшиті у рукав светра та бавовняну тканину. Gabriel Loke et al. / Nature Communications, 2021
Що вміє створений інженерами светр?
За словами дослідників, вони вигадували «божевільні ідеї», які могло б здійснити їхнє волокно, тож однією з них стала можливість зберігати в пам'яті інформацію. Від записаної на весіллі музики до історії створення самого одягу. Так їм вдалося зберегти у светрі 767-кілобітне повноколірне відео та 0,48-мегабайтну пісню. Інформація поділяється між різними запам’ятовуючими пристроями вздовж нитки, що водночас посилює її місткість - відео і аудіо збереглися у волокні і матриці на два місяці.
Втім, все ж це навряд чи може переконати вас використовувати їхню розробку, тому вчені вирішили додати і штучний інтелект. Вони створили нейронну мережу з 1650 з'єднань, яку розмістили під пахвами на футболці та дали їй протягом 270 хвилин збирати дані про температуру поверхні тіла людини, що її носить. Після того дані нейромережа співставляє із різними фізичними активностями та із 96-процентною точністю визначає, чим займається людина: сидить, біжить, стоїть або іде. Температура тіла вимірюється кожні пів секунди, а ці цифрові сигнали пізніше передаються в блоки пам'яті в оптоволокні.
Саме волокно тонке і гнучке, його можна пропускати через голку, вшивати в тканину і прати не менше 10 разів без руйнування. А працездатним волокно лишається навіть за вигинання на 3,12 міліметра. Зокрема, не всі його функції можна використовувати одночасно - дослідники розробили метод цифрової адресації, який дозволяє їм «включати» функції одного елементу, не включаючи їх всі разом. Це перші цифрові нитки, здатні розпізнавати, зберігати, аналізувати і визначати активність вже після того, як її зашили у сорочку. Її можна використовувати для моніторингу фізичної працездатності, медичних висновків і раннього виявлення захворювань.
Котушка розумних ниток із сотнею вбудованих пристроїв, оптичне зображення волокон та їхній розмір порівняно із копійкою. Gabriel Loke et al. / Nature Communications, 2021
Як «порозумнішала» тканина?
Нитки створили із сотень квадратних кремнієвих мікросхем, які за допомогою пресформи розмістили у полімері: точно контролюючи потік полімеру, дослідники змогли створити волокно з безперервним електричним з'єднанням між чіпами протягом десятків метрів. Прошитим такими нитками светром можна керувати невеликим зовнішнім пристроєм, але у майбутньому інженери планують розробити ще один чіп, який стане мікроконтролером. Для перемикання цифрового стану з нуля на одиницю потрібно всього 3,3 вольта.
Можливо, зараз ці новини вас і не вразять, однак ми вже писали про розумну тканину, що може змінювати свою жорсткість і форму та запам’ятовувати її залежно від ситуації навколо, а також про не менш розумну скатертину, здатну впізнати, що саме на неї поклали.