La fibra digital tiene memoria, sensores de temperatura y un algoritmo de red neuronal entrenado para detectar actividad física.
Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) han desarrollado la primera fibra digital capaz de detectar, almacenar, analizar e inferir actividad después de ser insertada en una camisa.
Según Yoel Fink, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería eléctrica, investigador principal del Laboratorio de Investigación de Electrónica y autor principal del estudio, las fibras digitales amplían las posibilidades de que las telas descubran el contexto de patrones ocultos en el cuerpo humano que podrían usarse para monitorear el rendimiento físico, la inferencia médica y la detección temprana de enfermedades.
Alternativamente, es posible que algún día guardes la música de tu boda en el vestido que usaste el día de tu boda, más sobre eso más adelante.
Fink y sus colegas presentan las características de la fibra digital en Nature Communications. Recientemente, las fibras electrónicas han sido analógicas (transportan una señal eléctrica continua) en lugar de digitales (transportan bits discretos de información registrados y procesados en 0 y 1).
«Este trabajo representa la primera realización de un tejido con la capacidad de almacenar y procesar datos digitalmente, añadiendo una nueva dimensión de contenido de información a los textiles y permitiendo que los tejidos se programen literalmente», añade Fink.
Los autores principales del artículo son el estudiante de doctorado del MIT Gabriel Loke y el postdoctorado del MIT Tural Khudiyev. Otros coautores incluyen al postdoctorado del MIT Wei Yan, los estudiantes universitarios del MIT Brian Wang, Stephanie Fu, Ioannis Chatziveroglou, Syamantak Payra, Yorai Shaoul, Johnny Fung e Itamar Chinn, y John Joannopoulos, profesor de Física de la Cátedra Francis Wright Davis y director del Instituto de Nanotecnologías del Soldado en el MIT.
Memoria
Se colocaron cientos de chips digitales cuadrados de silicio a microescala en una preforma, que luego se utilizó para construir una fibra de polímero para producir la nueva fibra. Los investigadores establecieron una fibra con una conexión eléctrica continua entre los chips durante una longitud de decenas de metros mediante la gestión precisa del flujo de polímeros.
La fibra en sí es delgada y flexible, y se puede enhebrar a través de una aguja, coser a la ropa y lavar al menos diez veces sin degradarse. «Cuando lo pones en una camisa, no puedes sentirlo en absoluto», dice Loke. Nunca sabrías que estaba allí».
Afirma que la creación de una fibra digital «abre nuevas áreas de oportunidad y resuelve algunos de los problemas asociados con las fibras funcionales».
Por ejemplo, permite el control de elementos individuales dentro de una fibra desde una sola ubicación en el extremo de la fibra. «Piense en nuestra fibra como un pasillo y en los elementos como habitaciones, cada una con su propio número de habitación digital único», dice Loke. El equipo de investigación creó un enfoque de direccionamiento digital que les permite «activar» la funcionalidad de una pieza sin encenderlas todas.
Una fibra digital también puede contener una gran cantidad de datos en la memoria. Los investigadores pudieron escribir, guardar y leer datos en la fibra, incluido un archivo de video corto a todo color de 767 kilobits y un archivo de música de 0,48 megabytes. Sin energía, los archivos se pueden guardar durante dos meses.
Cuando Loke y sus colegas comenzaron a pensar en «ideas locas» para la fibra, consideraron usos como un vestido de novia que almacenaría música digital de bodas dentro del tejido de su tela o incluso poner la historia de la producción de la fibra en sus componentes.
Fink menciona que el estudio del MIT se llevó a cabo en estrecha colaboración con el departamento textil de Anais Missakian en RISD. La profesora asociada Anna Gitelson-Kahn insertó fibras digitales en una funda de prenda tejida, abriendo la puerta para la creación de la primera prenda digital.
La inteligencia artificial está integrada en el cuerpo humano
La fibra también avanza en la inteligencia artificial al incorporar una red neuronal con 1.650 conexiones dentro de la memoria de fibra. Los investigadores utilizaron la fibra después de envolverla alrededor de la axila de una camisa para capturar 270 minutos de datos de temperatura corporal superficial de una persona que usaba la camisa y evaluar cómo estos datos se correlacionaban con diferentes actividades físicas. Cuando se entrenó con estos datos, la fibra fue capaz de predecir las actividades de la persona que la usaba con una precisión del 96 por ciento.
Según los investigadores, agregar un componente de IA a la fibra amplía aún más sus posibilidades. Según Loke, las telas con elementos digitales pueden recopilar una gran cantidad de datos en todo el cuerpo a lo largo del tiempo, y estos «datos exuberantes» son ideales para los algoritmos de aprendizaje automático.
«Este tipo de tejido podría proporcionar una gran cantidad de datos de código abierto de alta calidad para extraer patrones corporales previamente desconocidos», explica.
Con esta capacidad analítica, las fibras podrían algún día detectar y notificar a las personas en tiempo real problemas de salud, como una disminución respiratoria o un pulso irregular, o proporcionar datos de activación muscular o frecuencia cardíaca a los atletas durante el entrenamiento.
Debido a que un pequeño dispositivo externo controla la fibra, la siguiente etapa será crear un nuevo chip en forma de microcontrolador conectado a la propia fibra.
«Cuando podamos hacer eso», agrega Loke, «podremos llamarlo una computadora de fibra».
Referencia:
Ingenieros crean una fibra programable | Noticias del MIT …. https://news.mit.edu/2021/programmable-fiber-0603