Une fibre programmable contient de la mémoire, des capteurs de température et un programme de réseau neuronal entraîné

Les ingénieurs créent une fibre programmable

Des chercheurs du MIT ont créé la première fibre textile dotée de capacités numériques, prêtes à collecter, stocker et analyser des données à l’aide d’un réseau de neurones. Crédit : Image : Anna Gittelson. Photo de Roni Cnaani.

Des chercheurs du MIT ont créé la première fibre dotée de capacités numériques, capable de détecter, stocker, analyser et déduire une activité après avoir été cousue dans une chemise.

Yoel Fink, professeur de sciences des matériaux et de génie électrique, chercheur principal du Laboratoire de recherche en électronique et auteur principal de l’étude, affirme que les fibres numériques élargissent les possibilités pour les tissus de découvrir le contexte des motifs cachés dans le corps humain qui pourrait être utilisé pour la surveillance des performances physiques, l’inférence médicale et la détection précoce des maladies.

Ou, vous pourriez un jour stocker votre musique de mariage dans la robe que vous portiez le grand jour, plus tard.

Fink et ses collègues décrivent les caractéristiques de la fibre numérique dans Communication Nature. Jusqu’à présent, les fibres électroniques étaient analogiques (transportant un signal électrique continu) plutôt que numériques, où des bits d’information discrets peuvent être codés et traités en 0 et en 1.

« Ce travail présente la première réalisation d’un tissu avec la capacité de stocker et de traiter des données numériquement, ajoutant une nouvelle dimension de contenu d’information aux textiles et permettant de programmer littéralement les tissus », explique Fink.

Doctorat MIT L’étudiant Gabriel Loke et le postdoctorant du MIT Tural Khudiyev sont les principaux auteurs de l’article.

Mémoire et plus

La nouvelle fibre a été créée en plaçant des centaines de puces numériques micrométriques carrées en silicium dans une préforme qui a ensuite été utilisée pour créer une fibre polymère. En contrôlant précisément le flux de polymère, les chercheurs ont pu créer une fibre avec une connexion électrique continue entre les puces sur une longueur de plusieurs dizaines de mètres.

La fibre elle-même est fine et flexible et peut être passée à travers une aiguille, cousue dans des tissus et lavée au moins 10 fois sans se décomposer. Selon Loke, « Quand vous le mettez dans une chemise, vous ne pouvez pas le sentir du tout. Vous ne sauriez pas qu’il était là. »

La fabrication d’une fibre numérique « ouvre différents domaines d’opportunités et résout en fait certains des problèmes des fibres fonctionnelles », dit-il.

Les ingénieurs créent une fibre programmable

« Ce travail présente la première réalisation d’un tissu avec la capacité de stocker et de traiter des données, ajoutant une nouvelle dimension de contenu d’information aux textiles et permettant de programmer littéralement les tissus », en utilisant un seul processus pour connecter des centaines d’appareils numériques au sein d’un long flexible fibre, dit Fink. Crédit : Image : Anna Gittelson. Photo de Roni Cnaani.

Par exemple, il offre un moyen de contrôler les éléments individuels dans une fibre, à partir d’un point à l’extrémité de la fibre. « Vous pouvez considérer notre fibre comme un couloir, et les éléments sont comme des pièces, et ils ont chacun leur propre numéro de pièce numérique unique », explique Loke. L’équipe de recherche a conçu une méthode d’adressage numérique qui leur permet « d’activer » la fonctionnalité d’un élément sans activer tous les éléments.

Une fibre numérique peut également stocker beaucoup d’informations en mémoire. Les chercheurs ont pu écrire, stocker et lire des informations sur la fibre, y compris un fichier de court métrage en couleur de 767 kilobits et un fichier de musique de 0,48 mégaoctet. Les fichiers peuvent être stockés pendant deux mois sans alimentation.

Lorsqu’ils ont imaginé des « idées folles » pour la fibre, dit Loke, ils ont pensé à des applications comme une robe de mariée qui stockerait de la musique de mariage numérique dans le tissage de son tissu, ou même à écrire l’histoire de la création de la fibre dans ses composants.

Fink note que la recherche au MIT était en étroite collaboration avec le département textile du RISD dirigé par Anais Missakian. La professeure agrégée Anna Gitelson-Kahn a incorporé les fibres numériques dans un manchon de vêtement tricoté, ouvrant ainsi la voie à la création du premier vêtement numérique.

Intelligence artificielle corporelle

La fibre fait également quelques pas en avant dans l’intelligence artificielle en intégrant, au sein de la mémoire fibre, un réseau de neurones de 1 650 connexions. Après l’avoir cousue autour de l’aisselle d’une chemise, les chercheurs ont utilisé la fibre pour collecter 270 minutes de données de température corporelle à la surface d’une personne portant la chemise, et analyser comment ces données correspondaient à différentes activités physiques. Formée sur ces données, la fibre a pu déterminer avec une précision de 96 % à quelle activité la personne qui la portait était engagée.

L’ajout d’un composant d’IA à la fibre augmente encore ses possibilités, selon les chercheurs. Les tissus avec des composants numériques peuvent collecter de nombreuses informations sur tout le corps au fil du temps, et ces « données luxuriantes » sont parfaites pour les algorithmes d’apprentissage automatique, explique Loke.

« Ce type de tissu pourrait fournir des données open source de quantité et de qualité pour extraire de nouveaux modèles corporels que nous ne connaissions pas auparavant », dit-il.

Avec ce pouvoir analytique, les fibres pourraient un jour détecter et alerter les gens en temps réel des changements de santé comme un déclin respiratoire ou un rythme cardiaque irrégulier, ou fournir des données d’activation musculaire ou de fréquence cardiaque aux athlètes pendant l’entraînement.

La fibre étant contrôlée par un petit périphérique externe, la prochaine étape consistera donc à concevoir une nouvelle puce en tant que microcontrôleur pouvant être connecté à l’intérieur de la fibre elle-même.

« Quand nous pouvons faire cela, nous pouvons l’appeler un ordinateur à fibre », dit Loke.

Autres co-auteurs MIT postdoc Wei Yan; les étudiants de premier cycle du MIT Brian Wang, Stephanie Fu, Ioannis Chatziveroglou, Syamantak Payra, Yorai Shaoul, Johnny Fung et Itamar Chinn; John Joannopoulos, professeur de physique à la chaire Francis Wright Davis et directeur de l’Institute for Soldier Nanotechnologies du MIT ; Pin-Wen Chou, étudiante à la maîtrise à l’Université des sciences et technologies de Harrisburg; La professeure agrégée de la Rhode Island School of Design Anna Gitelson-Kahn et la professeure Anais Missakian, titulaire de la chaire Pevaroff-Cohn Family Endowed in Textiles à RISD.


L’avenir en évolution rapide des tissus intelligents


Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Citation: Une fibre programmable contient de la mémoire, des capteurs de température et un programme de réseau neuronal formé (2021, 3 juin) récupéré le 3 juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-programmable-fiber-memory-temperature-sensors .html

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