过去十年，可穿戴技术的广泛应用，极大地改变了我们接收、分享和处理数据的方式。麻省理工学院(MIT)的研究人员开发出了一种“智能”数字纤维，它可以在融入传统织物的同时感知、存储和处理数据。在不久的将来，这一进步可能会极大地扩展可穿戴技术的能力。
麻省理工学院的研究人员发明了第一种具有数字功能的纤维，可以利用神经网络收集、存储和分析数据。图片来源:安娜·吉特森-卡恩。Roni Cnaani /麻省理工学院
可穿戴技术是目前发展最快的领域之一，其发展速度超过了智能手机。智能手表和智能眼镜等可穿戴设备已经改变了我们接收、使用和共享数据的方式，尤其是在健康监测、运动传感和人机交互方面。
这种可穿戴设备能够实时检测和监测个人健康参数(如体温、心率和呼吸频率)，或识别汗液和呼吸中的生物标志物，已以腕带、镜片和发带等多种形式商业化。
用于健康监测的可穿戴技术和电子纺织品
然而，大多数可用的可穿戴系统坚持相对较少的特定形状因素。这些设备通常包括一个固定的设备，放置在人体相对较小的部分，限制了设备和皮肤之间的接触面积。反过来，这可能会限制这些设备可以检测的参数类型，以及我们与这些设备交互的方式。对于携带实际设备的潜在用户来说，也有可能带来不便。
另一方面，织物和服装在人类生活中无处不在。由于与人体密切接触，它们是通过皮肤进行非侵入性的生命体征检测和生理过程监测的理想平台。
人们已经探索了几种方法来将电子设备集成到纺织织物中，比如金属涂层纱线和导电油墨印刷在织物上作为温度、湿度或气体传感器。然而，大多数智能纺织品无法放大用于大面积(全身)传感，也无法提供可伸缩性和不受限制的机动性。
柔性聚合物光纤集成电路
美国麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)材料科学与工程系(Department of Materials Science and Engineering)约尔•芬克(Yoel Fink)教授领导的一个研究小组发明了一种新型数字纤维束，可能是上述一些问题的解决方案。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
这种创新的光纤集成了数百个微型电子元件，可以执行多种明显可寻址的数字功能。与此同时，柔性聚合物链可以无缝地编织成电子纺织品。
芬克教授的团队采用了一种热拉丝工艺，这种工艺在光纤制造中被广泛使用。首先，一个宏观预制体是由所有的纤维组件在一个特别设计的模式安排。预制体是聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物层的夹层，其中的显微口袋被加工成容纳微芯片。这些口袋的加工角度为26.56°。该预制件包含三种不同类型的方形微芯片(0.84毫米大小的温度传感器、0.5毫米大小的低容量存储设备和稍大一些的高容量存储设备)，四个角上都有精密加工的触点。
将4根钨丝(直径25 μm)放置在预制体的微芯片上，将5根钨丝(直径50 μm)放置在预制体的背面。
然后将整个组装件加热并拉伸成纤维。该过程将预制件(连同所有组件)纵向拉伸，同时横向收缩，同时保留组件的相对位置。微芯片的特定方向确保了四根共面钨丝与芯片上的四个独立触点的精确连接。最终的结果是一个直径约300 μm的柔性光纤，根据拉伸比，器件间的间距约为5厘米至20厘米。
具有记忆和处理能力的织物
最值得注意的是，由此产生的电子纤维非常薄且柔韧，可以穿过针或缝进织物中。该复合聚合物芯具有优异的机械性能——纤维在失效前可弯曲半径为3毫米，并可洗涤至少10次而不破裂。
为了与沿光纤连接的微芯片通信，研究人员采用了标准数字寻址协议(I2允许单独访问和控制每个微芯片。
当这种电子聚合物纤维被植入衬衫织物时，它会在数天内收集并存储270分钟的表面体温数据，使研究人员能够实时监测穿戴者的身体活动。光纤的内置内存和处理能力足以存储和播放767 kb (kilobit)的全彩短片和0.48 mb的音乐文件。
可穿戴的人工智能
电子聚合物纤维性能的最佳演示是在纤维存储器中实现了一个具有1650个神经元连接的神经网络。
通过使用机器学习算法，研究人员训练神经网络识别存储在同一纤维中的数据中的温度-时间-活动相关模式。当面对未知的温度-时间数据集时，纤维神经网络识别身体活动类型的准确率为96%。
这有效地将数字光纤转化为分布式智能传感器网络，可以映射身体不同区域的多种身体活动和生理参数。
有了这样的分析能力，电子纤维可以用于个性化医疗保健，实时检测和分析呼吸变化或不规则心跳，并提前向用户发出健康相关问题的警报。
参考资料及进一步阅读
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b .火腿(2021)工程师们发明了一种可编程光纤。(在线)www.news.mit.edu可以在:https://news.mit.edu/2021/programmable-fiber-0603(2021年6月25日通过)
Wicaksono,et al。(2020)一款量身定制的电子纺织适应服，适用于活体大尺度时空生理传感。npj Flex电子4、5。https://doi.org/10.1038/s41528-020-0068-y
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