Engenheiros criam fibra programável

A fibra digital desenvolvida no MIT contém memória, sensores de temperatura e um programa de rede neural treinado para inferir atividade física

Tecido de fibra com recursos digitais criado por pesquisadores do MIT: pronto para coletar, armazenar e analisar dados usando uma rede neural. Crédito: Imagem - Anna Gittelson; foto: Roni Cnaani

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, nos EUA) criaram a primeira fibra com recursos digitais, capaz de sentir, armazenar, analisar e inferir a atividade após ser costurada em uma camisa ou blusa.

Segundo Yoel Fink, professor de ciências materiais e engenharia elétrica, investigador principal do Laboratório de Pesquisa de Eletrônica do MIT e autor sênior do estudo, as fibras digitais expandem as possibilidades dos tecidos para descobrir o contexto de padrões ocultos no corpo humano. A novidade pode ser usada para monitoramento de desempenho físico, inferência médica e detecção precoce de doenças. Fink, o doutorando do MIT Gabriel Loke, o pós-doutorando do MIT Tural Khudiyev e seus colegas descreveram os recursos da fibra digital na revista Nature Communications.

Até agora, as fibras eletrônicas eram analógicas – transportando um sinal elétrico contínuo – em vez de digitais, em que bits discretos de informação podem ser codificados e processados ​​em 0s e 1s.

“Este trabalho apresenta a primeira realização de um tecido com a capacidade de armazenar e processar dados digitalmente. Isso adiciona uma nova dimensão de conteúdo de informação aos têxteis e permite que os tecidos sejam literalmente programados”, disse Fink.

Memória e mais

A nova fibra foi criada colocando centenas de chips digitais em microescala de silício em uma pré-forma. Ela foi então usada para criar uma fibra de polímero. Ao controlarem com precisão o fluxo do polímero, os pesquisadores conseguiram criar uma fibra com conexão elétrica contínua entre os chips ao longo de dezenas de metros.

A fibra em si é fina e flexível e pode ser passada por uma agulha, costurada em tecidos e lavada pelo menos 10 vezes sem quebrar. “Quando você o coloca em uma camisa, você não consegue sentir nada. Você não saberia que estava lá”, disse Locke. Fazer uma fibra digital “abre diferentes áreas de oportunidades e realmente resolve alguns dos problemas das fibras funcionais”, acrescentou ele.

Por exemplo, ela oferece uma maneira de controlar elementos individuais dentro de uma fibra, de um ponto na extremidade da fibra. “Você pode pensar em nossa fibra como um corredor, e os elementos são como quartos, e cada um tem seu próprio número digital de quarto exclusivo”, explicou Loke. A equipe de pesquisa desenvolveu um método de endereçamento digital que permite “ligar” a funcionalidade de um elemento sem ligar todos os elementos.

Detalhe do tecido: capacidade de armazenar e processar dados. Crédito: imagem – Anna Gittelson; foto Roni Cnaani
Ideias malucas

Uma fibra digital também pode armazenar muitas informações na memória. Os pesquisadores conseguiram escrever, armazenar e ler informações na fibra, incluindo um arquivo de curta-metragem colorido de 767 kilobits e um arquivo de música de 0,48 megabyte. Os arquivos podem ser armazenados por dois meses sem energia.

Quando estavam sonhando com “ideias malucas” para a fibra, disse Loke, eles pensaram em aplicações como um vestido de noiva que armazenaria música digital de casamento dentro da trama de seu tecido, ou mesmo escrever a história da criação da fibra em seus componentes.

Fink observou que a pesquisa no MIT foi em estreita colaboração com o departamento têxtil da RISD liderado por Anais Missakian. A professora associada Anna Gitelson-Kahn incorporou as fibras digitais em uma manga de malha de tricô, abrindo caminho para a criação da primeira vestimenta digital.

Inteligência artificial corporal

A criação dos pesquisadores também avança alguns passos em direção à inteligência artificial (IA) ao incluir, na memória da fibra, uma rede neural de 1.650 conexões. Depois de costurá-la ao redor da axila de uma camisa, os pesquisadores usaram a fibra para coletar 270 minutos de dados da temperatura corporal da superfície de uma pessoa vestindo a camisa e analisar como esses dados correspondiam a diferentes atividades físicas. Treinada com esses dados, a fibra pôde determinar com 96% de precisão em qual atividade a pessoa que a usava estava envolvida.

Adicionar um componente de IA à fibra aumenta ainda mais suas possibilidades, dizem os pesquisadores. Tecidos com componentes digitais podem coletar muitas informações por todo o corpo ao longo do tempo. Esses “dados exuberantes” são perfeitos para algoritmos de aprendizado de máquina, afirmou Loke. “Esse tipo de tecido pode fornecer dados de código aberto de quantidade e qualidade para extrair novos padrões corporais que não conhecíamos antes.”

Com esse poder analítico, as fibras algum dia poderiam sentir e alertar as pessoas em tempo real sobre mudanças na saúde, como declínio respiratório ou batimento cardíaco irregular, ou fornecer ativação muscular ou dados de frequência cardíaca para atletas durante o treinamento.

A fibra é controlada por um pequeno dispositivo externo. Assim, a próxima etapa será projetar um novo chip como um microcontrolador que pode ser conectado dentro da própria fibra. “Quando podemos fazer isso, podemos chamá-lo de computador de fibra”, disse Loke.

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