Sun Jun 20 2021

06 20

MIT-technici creëren programmeerbare vezel

04/06/2021

Door Ad Spijkers

De digitale vezel van MIT bevat geheugen, temperatuursensoren en een neuraal netwerk om fysieke activiteit te volgen.


     

Tot nu toe waren elektronische vezels analoog. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology hebben de eerste vezel met digitale mogelijkheden gemaakt. De vezel kan activiteit voelen, opslaan, analyseren en conclusies trekken nadat hij in een shirt is genaaid. Stoffen kunnen letterlijk worden geprogrammeerd, gebruikmakend van een enkel proces om honderden digitale apparaten binnen een lange flexibele vezel te verbinden.

Met de digitale vezels kunnen stoffen uit de context verborgen patronen in het menselijk lichaam bloot leggen. Deze patronen zouden kunnen worden gebruikt voor het bewaken van fysieke prestaties, medische analyses en vroege opsporing van ziekten.

De nieuwe vezel werd gemaakt door honderden digitale siliciumchips op microscopische schaal in een preform te plaatsen en daar vervolgens een polymeervezel van te maken. Door de polymeerstroom nauwkeurig te regelen, konden de onderzoekers een vezel maken met tussen de chips een continue elektrische verbinding over een lengte van tientallen meters.

Digitale vezel

De vezel zelf is dun en flexibel en kan door een naald worden gehaald, in stoffen worden genaaid en minstens tien keer worden gewassen zonder af te breken. "Als je het in een shirt stopt, voel je het helemaal niet. Je zou niet weten dat het er was", aldus de makers.

De digitale vezel lost een aantal problemen van functionele vezels op. Het biedt bijvoorbeeld een manier om afzonderlijke elementen in een vezel te besturen vanuit één punt aan het uiteinde van de vezel. Het onderzoeksteam bedacht een digitale adresseringsmethode waarmee ze de functionaliteit van één element kunnen 'aanzetten' zonder alle elementen aan te zetten.

De digitale vezel kan ook informatie in het geheugen opslaan. De onderzoekers konden informatie schrijven, opslaan en lezen op de vezel. De bestanden kunnen twee maanden zonder stroom worden bewaard.

AI op het lichaam

De vezel zet ook een paar stappen vooruit in de richting van kunstmatige intelligentie door in het vezelgeheugen een neuraal netwerk van 1.650 verbindingen op te nemen. Nadat ze de vezel rond de oksel van een shirt hadden genaaid, gebruikten de onderzoekers de vezel om 270 min. aan data over de lichaamstemperatuur te verzamelen van een persoon die het shirt droeg. Vervolgens analyseerden ze hoe deze gegevens overeenkwamen met verschillende fysieke activiteiten. Getraind op deze gegevens, kon de vezel met 96% nauwkeurigheid bepalen welke activiteit de persoon die het droeg aan het uitvoeren was.

Door een AI-component aan de vezel toe te voegen, worden de mogelijkheden ervan nog groter. Stoffen met digitale componenten kunnen in de loop van de tijd veel informatie over het lichaam verzamelen, en deze zeeën van data zijn perfect voor algoritmen voor machinaal leren. Dit type stof zou kwantiteit en kwaliteit open-source data kunnen geven voor het extraheren van nieuwe lichaamspatronen waar we voorheen geen weet van hadden.

Met dit analytische vermogen zouden de vezels op een dag mensen real-time kunnen detecteren en waarschuwen voor gezondheidsveranderingen. Te denken valt aan een achteruitgang van de ademhaling, een onregelmatige hartslag, gegevens over spieractivatie of hartslag van atleten tijdens de training. Maar je kunt de vezel ook in een bruidsjurk inweven en de muziek op de bruiloft opnemen.

De vezel wordt bestuurd door een klein extern apparaat, dus de volgende stap is het ontwerpen van een nieuwe chip als een microcontroller die in de vezel zelf kan worden aangesloten. Als de onderzoekers dat kunnen doen, hebben ze een vezelcomputer ontwikkeld.

Foto: MIT, Anna Gittelson, Roni Cnaani.