Engenheiros criam uma fibra programável

 Caros Leitores;

Em um primeiro momento, a fibra digital contém memória, sensores de temperatura e um programa de rede neural treinado para inferir atividade física.

Os pesquisadores do MIT criaram a primeira fibra com recursos digitais, capaz de detectar, armazenar, analisar e inferir a atividade depois de costurada em uma camisa.

Yoel Fink, que é professor nos departamentos de ciência de materiais e engenharia e engenharia elétrica e ciência da computação, investigador principal do Laboratório de Pesquisa de Eletrônica e autor sênior do estudo, diz que as fibras digitais expandem as possibilidades dos tecidos para revelar o contexto de padrões ocultos no corpo humano que podem ser usados ​​para monitoramento de desempenho físico, inferência médica e detecção precoce de doenças.

Ou, algum dia, você pode armazenar a música do seu casamento no vestido que usou no grande dia - mais sobre isso mais tarde.

Fink e seus colegas descrevem os recursos da fibra digital hoje na Nature Communications . Até agora, as fibras eletrônicas eram analógicas - transportando um sinal elétrico contínuo - em vez de digitais, onde 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, adicionando uma nova dimensão de conteúdo de informação aos têxteis e permitindo que os tecidos sejam programados literalmente”, diz Fink.

O estudante de doutorado do MIT Gabriel Loke e o pós-doutorado do MIT Tural Khudiyev são os principais autores do artigo. Outros co-autores Pós-doutorado do MIT Wei Yan; Alunos de graduação do MIT Brian Wang, Stephanie Fu, Ioannis Chatziveroglou, Syamantak Payra, Yorai Shaoul, Johnny Fung e Itamar Chinn; John Joannopoulos, professor de física da cadeira Francis Wright Davis e diretor do Institute for Soldier Nanotechnologies no MIT; Pin-Wen Chou, aluno de mestrado da Universidade de Ciência e Tecnologia de Harrisburg; e a Professora Associada da Escola de Design de Rhode Island, Anna Gitelson-Kahn. O trabalho com o tecido foi facilitado pelo Professor Anais Missakian, que detém a Cadeira Dotada da Família Pevaroff-Cohn em Têxteis na RISD.

Memória e mais

A nova fibra foi criada colocando centenas de chips digitais em microescala de silício em uma pré-forma que foi então usada para criar uma fibra de polímero. Ao controlar com precisão o fluxo do polímero, os pesquisadores foram capazes de 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. De acordo com Loke, “Quando você o coloca em uma camisa, você não consegue sentir nada. Você não saberia que estava lá. "

Fazer uma fibra digital “abre diferentes áreas de oportunidades e realmente resolve alguns dos problemas das fibras funcionais”, diz ele.

Por exemplo, ele 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 seus próprios números digitais de quarto exclusivos”, explica Loke. A equipe de pesquisa desenvolveu um método de endereçamento digital que lhes permite “ligar” a funcionalidade de um elemento sem ligar todos os elementos.

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

Quando eles estavam sonhando com “ideias malucas” para a fibra, Loke diz, 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 observa que a pesquisa no MIT foi em estreita colaboração com o departamento têxtil da RISD liderado por Missakian. Gitelson-Kahn incorporou as fibras digitais em uma manga de malha de malha, abrindo caminho para a criação da primeira vestimenta digital.

Inteligência artificial corporal

A fibra também avança alguns passos em direção à inteligência artificial 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 foi capaz de determinar com 96 por cento 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, e esses “dados exuberantes” são perfeitos para algoritmos de aprendizado de máquina, diz Loke.

“Esse tipo de tecido poderia fornecer dados de código aberto de quantidade e qualidade para extrair novos padrões corporais que não conhecíamos antes”, diz ele.

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, então 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”, diz Loke.

Esta pesquisa foi apoiada pelo Instituto de Nanotecnologias de Soldados do Exército dos EUA, pela National Science Foundation, pelo US Army Research Office, pelo MIT Sea Grant e pela Defense Threat Reduction Agency.

Fonte: Becky Ham | Correspondente do MIT News    

https://news.mit.edu/2021/programmable-fiber-0603

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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.

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