Insinyur MIT Membuat Serat Digital yang Dapat Diprogram – Dengan Memori, Sensor, dan AI

Peneliti MIT telah menciptakan serat jaringan pertama yang memiliki kemampuan digital, siap untuk mengumpulkan, mengarsipkan, dan menganalisis data menggunakan jaringan saraf. Kredit: Anna Gittelson. Foto oleh Roni Cnaani

Pada awalnya, serat digital berisi memori, sensor suhu, dan program jaringan saraf yang dilatih untuk menyimpulkan aktivitas fisik.

Dengan para peneliti menciptakan serat pertama dengan kemampuan digital, yang mampu mendengarkan, menyimpan, menganalisis, dan menyimpulkan aktivitas setelah dijahit menjadi jaring.

Yoel Fink, seorang profesor ilmu material dan teknik elektro, peneliti utama di Laboratorium Penelitian Elektronik, dan penulis senior studi tersebut, mengatakan serat digital memperluas kemungkinan jaringan untuk menemukan konteks pola tersembunyi dalam tubuh manusia yang dapat digunakan untuk memantau kinerja fisik, kesimpulan medis, dan deteksi dini penyakit.

Atau, suatu hari Anda dapat menyimpan musik pernikahan Anda dalam gaun yang Anda kenakan di hari besar – lebih lanjut tentang itu nanti.

Fink dan rekan-rekannya menggambarkan karakteristik serat digital saat ini (3 Juni 2021) di Komunikasi Alam. Sampai sekarang, serat elektronik telah analog – membawa sinyal listrik terus menerus – daripada digital, di mana potongan informasi diskrit dapat dikodekan dan diproses dalam 0s dan 1s.

“Karya ini menghadirkan realisasi pertama dari kain dengan kemampuan untuk menyimpan dan memproses data secara digital, menambahkan dimensi baru konten informasi ke tekstil dan memungkinkan tekstil untuk diprogram secara harfiah,” kata Fink.

MIT Dr. Gabriel Loke dan MIT postdoc Tural Khudiyev adalah penulis utama makalah ini. Rekan penulis postdoc MIT lainnya Wei Yan; mahasiswa MIT Brian Wang, Stephanie Fu, Ioannis Chatziveroglou, Syamantak Payra, Yorai Shaoul, Johnny Fung dan Itamar Chinn; John Joannopoulos, Profesor Fisika Francis Wright Davis dan direktur Institut Nanoteknologi Prajurit di MIT; Mahasiswa master di Universitas Sains dan Teknologi Harrisburg Pin-Wen Chou; Associate Professor Sekolah Desain Rhode Island Anna Gitelson-Kahn, dan Profesor Anais Missakian, yang memegang Pevaroff-Cohn Chair Endowed with the Family in Textiles di RISD.

Memori dan lebih banyak lagi

Serat baru dibuat dengan menempatkan ratusan chip digital di mikroskop silikon persegi dalam bentuk awal yang kemudian digunakan untuk membuat serat polimer. Dengan mengontrol aliran polimer secara tepat, para peneliti dapat membuat serat dengan sambungan listrik berkelanjutan antara chip sepanjang puluhan meter.

Serat itu sendiri tipis dan fleksibel dan dapat ditusuk dengan jarum, dijahit menjadi kain, dan dicuci setidaknya 10 kali tanpa putus. Menurut Loke, “Ketika Anda memakainya, itu tidak terasa buruk.” Saya tidak tahu dia ada di sini. “

Membuat serat digital “membuka berbagai bidang peluang dan benar-benar memecahkan beberapa masalah serat fungsional,” katanya.

Misalnya, ia menawarkan cara untuk mengontrol elemen individu dalam serat, dari titik di ujung serat. “Anda dapat menganggap fiber kami sebagai koridor, dan elemen-elemennya seperti ruangan, dan masing-masing memiliki jumlah ruangan digitalnya sendiri,” jelas Loke. Tim peneliti telah merancang metode pengalamatan digital yang memungkinkan mereka untuk “menghidupkan” fungsionalitas elemen tanpa mengaktifkan semua elemen.

Sebuah serat digital juga dapat menyimpan banyak informasi dalam memori. Para peneliti dapat menulis, mengarsipkan, dan membaca informasi tentang serat, termasuk file ukuran penuh 767 kilobit penuh warna dan file musik 0,48 megabyte. Daunnya bisa disimpan selama dua bulan tanpa listrik.

Ketika mereka memimpikan “ide gila” untuk serat, kata Loke, mereka memikirkan aplikasi sebagai gaun pengantin yang dapat menyimpan musik digital pernikahan di jalinan kainnya, atau bahkan menulis kisah penciptaan serat. dalam komponennya.

Fink mencatat bahwa penelitian di MIT telah bekerjasama erat dengan departemen tekstil di RISD yang dipimpin oleh Anais Missakian. Associate Professor Anna Gitelson-Kahn telah memasukkan serat digital ke dalam lengan baju rajut, sehingga membuka jalan bagi penciptaan garmen digital pertama.

Kecerdasan buatan dalam tubuh

Fiber juga membuat beberapa langkah maju dalam kecerdasan buatan dengan memasukkan, dalam memori serat, jaringan saraf dari 1.650 koneksi. Setelah menjahit di sekitar ketiak jersey, para peneliti menggunakan serat untuk mengumpulkan data suhu permukaan tubuh selama 270 menit dari seseorang yang mengenakan jersey, dan menganalisis bagaimana data ini terkait dengan aktivitas fisik yang berbeda. Berdasarkan data tersebut, serat dapat ditentukan dengan 96 persen presisi di mana aktivitas orang yang membawanya terlibat.

Menambahkan komponen AI ke serat juga meningkatkan peluangnya, kata para peneliti. Jaringan dengan komponen digital dapat mengumpulkan banyak informasi tentang tubuh dari waktu ke waktu, dan “data subur” ini sempurna untuk algoritma pembelajaran mesin, kata Loke.

“Jenis jaringan ini dapat memberikan kuantitas dan kualitas data sumber terbuka untuk ekstraksi model tubuh baru yang tidak kita ketahui sebelumnya,” katanya.

Dengan kekuatan analitis ini, suatu hari serat dapat merasakan dan mengingatkan orang secara real time terhadap perubahan kesehatan seperti gagal napas atau detak jantung tidak teratur, atau mengirimkan aktivasi otot atau data detak jantung ke atlet selama latihan.

Serat dikendalikan oleh perangkat eksternal kecil, sehingga langkah selanjutnya adalah merancang chip baru sebagai mikrokontroler yang dapat dihubungkan ke serat itu sendiri.

“Ketika kita bisa melakukan itu, kita bisa menyebutnya komputer serat,” kata Loke.

Referensi: “Elektronik digital serat memungkinkan inferensi pembelajaran mesin berbasis jaringan” oleh Gabriel Loke, Tural Khudiyev, Brian Wang, Stephanie Fu, Syamantak Payra, Yorai Shaoul, Johnny Fung, Ioannis Chatziveroglou, Pin-Wen Chou , Itamar Chinn, Wei Yan, Anna Gitelson-Kahn, John Joannopoulos dan Yoel Fink, 3 Juni 2021, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23628-5

Penelitian ini didukung oleh US Army Institute of Nanotechnology Soldiers, National Science Foundation, US Army Research Office, MIT Sea Grant, dan Defense Threat Reduction Agency.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.