5 Minute
O echipă de cercetători a demonstrat o „fibră-computer” flexibilă și lavabilă care încorporează senzori, calcul, comunicații și stocare într-o singură fibră elastică. Publicat pe 6 iunie în Nano-Micro Letters, studiul descrie o fibră care integrează opt module electronice — inclusiv mai mulți senzori, un microcontroler, interfețe de comunicație și gestionare a energiei — și se poate întinde până la 60% în timp ce rezistă la spălarea în mașină. Obiectivul pe termen lung este să se țeasă multe astfel de fibre în haine care realizează senzorizare distribuită și calcul direct pe țesătură pentru monitorizarea sănătății, interacțiunea om‑mașină și textile adaptabile. (Image credit: Parlaungan Hasibuan/Getty Images)
Context științific: textile inteligente și limitele cu care se confruntă
Textilele inteligente (cunoscut și ca e-textile sau materiale smart) combină țesăturile cu componente electronice pentru a oferi îmbrăcămintei și materialelor moi capabilități noi, precum detectare, acționare și transmitere de date. Proiecte timpurii, cum a fost platforma LilyPad (2007), au făcut electronica cusută accesibilă pentru haine interactive, jucării și prototipuri de cercetare. Totuși, o limitare frecventă a fost că fibrele în sine rămân pasive: inteligența și sursa de energie sunt de obicei concentrate în module rigide atașate textilelor, ceea ce reduce lavabilitatea, confortul și rezoluția spațială a detectării.
Cum este construită fibra-computer
Dispozitive și materiale integrate
Noul fir consolidează opt dispozitive într-o singură fibră elastică. Acestea includ patru senzori — un fotodetector, un senzor de temperatură, un accelerometru și un senzor fotopletismografic (PPG) care măsoară absorbția luminii de către piele pentru a deduce semnale cardiovasculare — plus un microcontroler pentru procesare locală, două module de comunicație pentru schimbul de date între fibre și circuite de gestionare a energiei. Împreună, hardware-ul permite achiziția de date, inferență locală, stocare temporară și transmiterea wireless a rezultatelor, facilitând aplicații de monitorizare sănătate și senzori purtabili integrați în îmbrăcăminte.
Fibra păstrează practicabilitatea mecanică: se întinde cu aproximativ 60% și poate fi spălată în mașina de rufe, ceea ce este esențial pentru uzul cotidian în haine. Această durabilitate poziționează designul drept un candidat pentru articole vestimentare destinate utilizării repetate, nu doar pentru prototipuri cu scop unic.
Testarea performanței și inferența distribuită
Pentru a evalua performanța în condiții reale, cercetătorii au țesut patru dintre aceste fibre inteligente într-un articol de îmbrăcăminte — două pe mânecă și două pe picioare — apoi au cerut unei persoane să execute exerciții cu greutatea corpului, precum genuflexiuni, fandări și exerciții tip plank. Fiecare fibră a rulat propriul model de rețea neuronală antrenat pentru recunoașterea acțiunilor. O singură fibră a atins 67% acuratețe în identificarea mișcărilor individuale; când cele patru fibre au fost utilizate colaborativ, acuratețea clasificării a crescut la 95%.
„Saltul în performanță demonstrează puterea senzorizării colaborative multi-fibră și a raționamentului distribuit,” au scris autorii studiului, subliniind că procesarea locală la fiecare nod de detecție, combinată cu luarea deciziilor în rețea, oferă fidelitate mai mare și sisteme purtabile mai robuste.
Perspective ale experților
Dr. Elena Park, inginer specializat în sisteme purtabile (ficțională), comentează: „Această lucrare reprezintă un pas important către inteligența purtabilă cu adevărat integrată. Faptul că fibrele sunt lavabile și elastice abordează două bariere majore pentru adoptarea în lumea reală. Următoarele provocări vor fi eficiența energetică și comunicațiile cu latență scăzută, astfel încât modelele distribuite să poată rula continuu fără baterii voluminoase.”
Implicații, limitări și direcții viitoare
Cercetarea indică mai multe aplicații promițătoare: monitorizare continuă a sănătății (semne vitale și activitate), haine pentru reabilitare fizică care oferă feedback în timp real, textile interactive pentru îmbunătățirea performanței sportive și afișaje sau interfețe țesute unde calculul este distribuit în întreaga țesătură. Încorporarea senzorilor în multiple puncte permite o rezoluție spațială și temporală mai precisă a semnalelor biologice comparativ cu dispozitivele convenționale tip plasture sau cele purtate la încheietura mâinii.
În același timp, autorii recunosc obstacole tehnice. Scalarea unei rețele de fibre-computer necesită protocoale de comunicație inter-fibră mai eficiente, cu debit mai mare și latență mai mică, consum redus de energie pentru operare pe termen lung și lățime de bandă extinsă pentru date senzor mai bogate. Alimentarea rămâne o constrângere: integrarea elementelor de captare a energiei sau a procesoarelor neuronale ultra‑low‑power va fi probabil necesară pentru utilizare continuă și fără fir.
Tehnologii conexe și context
Computația pe fibre intersectează alte domenii emergente, precum învățarea automată pe corp, unități de procesare neuronală alimentate cu lumină (pentru bugete energetice reduse) și cerneală electronică flexibilă care permite circuite reconfigurabile. Progresele în materiale cuantice și semiconductori cu consum redus ar putea îmbunătăți și mai mult performanța per watt a procesoarelor integrate în textile în următorii ani.
Concluzie
Demonstratia unei fibre elastice, rezistente la spălare, care conține senzori, un microcontroler și module de comunicație marchează un avans semnificativ în domeniul textilelor inteligente. Prin combinarea inferenței neuronale localizate cu colaborarea în rețea între mai multe fibre, cercetătorii au obținut câștiguri substanțiale în acuratețea recunoașterii activităților. Realizarea unor articole vestimentare practice și la scară largă bazate pe fibre computaționale va necesita progrese în eficiența energetică, protocoalele de comunicație și producție, dar abordarea deschide un drum clar către haine care pot detecta, calcula și răspunde ca un sistem integrat.
Sursa: livescience
Comentarii