Die Zukunft intelligenter Stoffe entfaltet sich am MIT rasant

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Future Fabrics Functional Fibers

Auf diesem Stofffoto sehen Sie grünes Licht von Funktionsfasern. „Kein von Menschen hergestelltes Objekt ist allgegenwärtiger oder wichtigeren Daten ausgesetzt als die Kleidung, die wir alle tragen“, sagt Doktorand Gabriel Locke. “Wäre es nicht großartig, wenn wir unseren Stoffen irgendwie beibringen könnten, diese potenziell nützlichen Informationen zu erfassen, zu speichern, zu analysieren, zu extrahieren und zu kommunizieren?” Bildnachweis: Mit freundlicher Genehmigung der Forscher

In Kürze kann Ihre Kleidung möglicherweise Ihre Vitalfunktionen überwachen, die Ergebnisse analysieren und Sie vor Gesundheitsrisiken warnen.

In einem in der Zeitschrift Matter veröffentlichten Meinungsbeitrag haben Mitglieder der [email protected]MIT Die Forschungsgruppe hat kürzlich eine detaillierte Vision aufgestellt, wie das schnell wachsende Feld fortschrittlicher Fasern und Stoffe viele Aspekte unseres Lebens verändern kann. Beispielsweise kann „intelligente Kleidung“ die Temperatur, die Herzfrequenz und andere Vitalfunktionen kontinuierlich überwachen, dann die Daten analysieren und vor möglichen Gesundheitszuständen warnen. Unter der Leitung von Professor Yoel Fink entwickelt die Gruppe Fasern und Gewebe mit fortschrittlichen rechnerischen Eigenschaften. MIT News bat den Doktoranden Gabriel Loke, der zusammen mit Fink und sechs anderen der Hauptautor des Artikels war, die Aussichten des Teams zu erläutern.

F: Das gerade veröffentlichte Papier beschreibt eine Vision für einen Fabric-Computer. Könnten solche Computer helfen, eine Pandemiesituation wie die, mit der wir jetzt konfrontiert sind, anzugehen?

EIN: Die aktuelle Pandemie hat gezeigt, dass neue Paradigmen erforderlich sind, um die Gesundheit großer Bevölkerungsgruppen in Echtzeit zu bewerten. Aktuelle Ansätze symptomgesteuerter Tests sind Verzögerungsindikatoren und können in Bezug auf die Verbreitung von Covid-19 mit dem Fahren nur mit Ihrem Rückspiegel verglichen werden. Wie schaffen wir also Systeme, die vorausschauend und zukunftsorientiert sind und Frühindikatoren liefern können? Was wäre, wenn Sie die Möglichkeit hätten, kontinuierlich auf Ihre Vitalfunktionen zuzugreifen? Könnten subtile, unmerklich kleine Veränderungen zu Frühwarnzeichen für die Gesundheitsprobleme eines Menschen werden? Was wäre, wenn Sie diese Veränderungen für eine große Bevölkerung räumlich und zeitlich in Echtzeit korrelieren könnten, um die Ausbreitung von Krankheiten zu identifizieren?

Kein von Menschen hergestelltes Objekt ist allgegenwärtiger oder wichtigeren Daten ausgesetzt als die Kleidung, die wir alle tragen. Wäre es nicht großartig, wenn wir unseren Stoffen irgendwie beibringen könnten, diese potenziell nützlichen Informationen zu erfassen, zu speichern, zu analysieren, zu extrahieren und zu kommunizieren?

In diesem Stück beschreibe ich die vier Prinzipien für diesen neuen Computer. Erstens werden die Fähigkeiten eines einzelnen Faserstrangs im Laufe der Zeit durch neue Materialdesigns und skalierbare Faserherstellungsansätze schnell verbessert. Der zweite Schritt ist der synergistische Zusammenbau dieser Fasern zu einem Stoff, der einzigartig positioniert ist, um große Datenmengen zu erfassen, zu speichern und zu verarbeiten, die von unserem Körper freigesetzt werden. Das dritte ist die Entwicklung künstlich intelligenter Stoffe, bei denen speziell entwickelte Algorithmen für maschinelles Lernen, die in die Stoffe programmiert sind, neue Einblicke in verborgene Körpermuster aufdecken und gewinnen können. Viertens werden Stoffe zu hoch entwickelten Plattformen für Mehrwertdienste für eine große Bevölkerung.

F: Sie beschreiben ein potenzielles “Moore’sches Gesetz”, das ursprünglich eine Verdoppelung der Rechenkapazität alle 18 Monate für die Entwicklung von Rechenstrukturen beschrieb. Können Sie beschreiben, was Sie damit meinen?

EIN: Damit ein Moore’sches Gesetz für das Entstehen von Fasern entsteht, müssen Fasern aus mehreren Materialien bestehen, die präzise in einem einzigen Faserquerschnitt angeordnet sind, um Geräte mit unterschiedlichen Funktionen einschließlich Berechnungen herzustellen. Das Gebiet der Multimaterialfasern ist im Vergleich zur Dünnschichttechnologie für Mikrochipvorrichtungen jung. Was wir jetzt in Veröffentlichungen und Forschungen sehen, ist ein starkes Wachstum der Anzahl von Funktionen, die eine Faser aufweisen kann.

Beispielsweise hat in den letzten Jahren das als Thermofaserziehen bezeichnete Herstellungsverfahren zu einer Vielzahl von Materialkombinationen und -funktionen geführt, einschließlich Herzfrequenzüberwachung und optischer Kommunikation. Mit dem Moore’schen Gesetz für Fasern stellen wir uns eine Zukunft vor, in der Computerstoffe ständig mit neuen Funktionen und Fähigkeiten aktualisiert werden, ähnlich wie wir ständig Software auf unseren Computern aktualisieren.

Q.: Sie haben eine langfristige Vision und einen Entwurf für die Zukunft von Computerstoffen erstellt. Was sind für Sie die wichtigsten kurzfristigen Schritte in diese Richtung, die wir in den nächsten Jahren erwarten können?

EIN: Das Wichtigste ist, sicherzustellen, dass Menschen, insbesondere Studenten, erkennen, was in Stoffen passiert und wie fähig sie bald werden. In unserer Gruppe arbeiten eine Vielzahl von Studenten aus verschiedenen Disziplinen daran, Fabric-Computer zu erstellen, während wir sprechen. Ähnlich wie bei der Entwicklung von PCs gibt es in diesem Bereich enorme Möglichkeiten für neue Unternehmen und Innovationen. Ich erwarte den Eintritt von Fasern in den digitalen Bereich und die Einführung von Fasereingaben und -ausgaben. Moderne Computer bestehen aus Millionen von Logikgattern. Die Integration digitaler Schaltungen und Gatter in eine Faser ist daher der erste von vielen Schritten, um die volle Rechenleistung von Fasern und Geweben zu erreichen.

Zweitens wird für die Realisierung eines Stoffcomputers der wesentliche kurzfristige Schritt die Entwicklung von Gewebearchitekturen sein, die es den Fasern ermöglichen, miteinander zu kommunizieren, während die herkömmlichen Eigenschaften von Stoffen beibehalten werden.

Um Stoffe mit künstlicher Intelligenz zu ermöglichen, erfordert das Training nützlicher Netzwerke für genaue Vorhersagen große Datenmengen. Dies erfordert die Erfassung großer Datenmengen aus unserem Körper. Es ist dann erforderlich, dass Sensoren in Geweben so nahtlos und widerstandsfähig wie möglich sind, damit diese Sensoren über einen längeren Zeitraum getragen werden können. Arbeiten an diesen Fronten wie die Verbesserung der Flexibilität, Waschbarkeit und Leistungsanforderungen von Fasersensoren werden uns einen Schritt voraus bei der umfassenden Erfassung menschlicher Körperdaten bringen.

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