Den hurtige fremtid for smarte stoffer

I en opinionsartikel offentliggjort i tidsskriftet Stof , medlemmer af forskningsgruppen Fibers@MIT fremlagde for nylig en detaljeret vision for, hvordan det hurtigt voksende felt af avancerede fibre og stoffer kunne transformere mange aspekter af vores liv. For eksempel, "smart tøj" kan løbende overvåge temperaturen, hjerterytme, og andre vitale tegn, analyser derefter dataene og giv advarsler om potentielle sundhedstilstande. Ledet af professor Yoel Fink, koncernen udvikler fibre og stoffer med avancerede beregningsegenskaber. MIT News spurgte Ph.D. elev Gabriel Loke, hvem var artiklens hovedforfatter, sammen med Fink og seks andre, at uddybe holdets udsigter.

Spørgsmål:Det papir, du lige har udgivet, beskriver en vision for en stofcomputer. Kunne sådanne computere hjælpe med at løse en pandemisituation som den, vi står over for nu?

A:Den nuværende pandemi har afsløret behovet for nye paradigmer til at vurdere sundheden for store befolkninger i realtid. Nuværende tilgange til symptomdrevne tests er indikatorer, der forsinker, og kan sammenlignes med at køre bare med dit bakspejl, hvad angår spredningen af ​​COVID-19. Så hvordan skaber vi systemer, der er forudsigelige, fremadskuende og kan levere førende indikatorer? Hvad hvis du havde en måde at få adgang til dine vitale tegn på en kontinuerlig basis? Kunne subtile, umærkeligt små ændringer bliver tidlige advarselstegn for et individs helbredsproblemer? Hvad hvis du kunne korrelere i rum og tid disse ændringer for en stor befolkning, og gør det i realtid, at identificere spredning af sygdommen?

Ingen menneskeskabte genstande er mere allestedsnærværende eller udsat for mere vitale data end det tøj, vi alle har på. Ville det ikke være fantastisk, hvis vi på en eller anden måde kunne lære vores stoffer at sanse, butik, analysere, uddrag, og kommunikere disse potentielt nyttige oplysninger?

I dette stykke, Jeg beskriver de fire principper for denne nye computer. Først, egenskaberne af en enkelt fiberstreng vil udvikle sig hurtigt over tid gennem nye materialedesigns og skalerbare fiberfremstillingstilgange. Det andet trin er den synergistiske samling af disse fibre til et stof, der er unikt placeret til at fange, butik, og behandle enorme mængder af data frigivet af vores kroppe. Den tredje er udviklingen af ​​kunstigt intelligente stoffer, hvor specialdesignede maskinlæringsalgoritmer programmeret ind i stofferne kunne afsløre og få ny indsigt i skjulte kropsmønstre. Fjerde, stoffer bliver sofistikerede platforme for værdiskabende tjenester, der henvender sig til en stor befolkning.

Q:Du beskriver en potentiel "Moores lov, "som oprindeligt beskrev en fordobling af computerkapacitet hver 18. måned, til udvikling af beregningsstrukturer. Kan du beskrive hvad du mener med det?

A:For at en Moores lov for fibre skal opstå, fibre skal bestå af flere materialer, præcist arrangeret inden for et enkelt fibertværsnit for at producere enheder med forskellige funktionaliteter, herunder beregning. Området med multimateriale fibre er ungt, i forhold til tyndfilmsteknologien til mikrochip-enheder. Men det, vi nu ser i papirer og forskning, er en stor vækst i antallet af funktioner, som en fiber kan udvise.

For eksempel, i de seneste år, fremstillingsmetoden kaldet termisk fibertegning har resulteret i en række materialekombinationer og funktioner, herunder pulsmåling og optisk kommunikation. Med en Moores lov for fibre, vi forestiller os en fremtid, hvor beregningsstrukturer konsekvent vil blive opdateret med nye funktioner og muligheder, svarende til, hvordan vi altid opdaterer software på vores computere.

Spørgsmål:Du har lagt en langsigtet vision og en plan for fremtiden for beregningsmateriale. Hvad ser du som de vigtigste skridt på kort sigt i den retning, som vi kan forvente at se i de næste par år?

A:Det vigtigste er at sikre, at folk, især studerende, indse, hvad der sker i stoffer, og hvor dygtige de snart vil blive. I vores gruppe, et væld af studerende fra forskellige discipliner arbejder på at skabe stofcomputere, mens vi taler. I lighed med den personlige computer-evolution, der er store muligheder for nye virksomheder og innovation på dette område. Jeg forventer, at fibre kommer ind i det digitale domæne og indførelsen af ​​fiber input og output. Moderne computere består af millioner af logiske porte, så inkorporering af digitale kredsløb og porte i en fiber repræsenterer det første af mange skridt hen imod at opnå fulde computeregenskaber i fibre og tekstiler.

Sekund, til realisering af en stofcomputer, det væsentlige skridt på kort sigt vil være udviklingen af ​​stofarkitekturer, der gør det muligt for fibre at kommunikere med hinanden og samtidig bevare de traditionelle kvaliteter af tekstiler.

Endelig, for at muliggøre stoffer med kunstig intelligens, træning af nyttige netværk til præcise forudsigelser kræver store datasæt. Dette kræver indsamling af store mængder data fra vores krop. Det er så nødvendigt, at sensorer i stoffer er så sømløse og modstandsdygtige som muligt, så disse sensorer kan bæres i længere tid. Arbejd på disse fronter, såsom at forbedre fleksibiliteten, vaskbarhed, og strømkrav til fibersensorer vil bringe os et skridt foran i den gennemgående prøveudtagning af menneskelige kropsdata.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.