“黑科技”纖維計(jì)算機(jī)重量?jī)H5克

麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種柔性、彈性、可機(jī)洗的纖維計(jì)算機(jī)。這種纖維計(jì)算機(jī)僅重 5克，卻將傳感、計(jì)算、存儲(chǔ)和通信功能集成于單根纖維，并構(gòu)建了分布式紡織網(wǎng)絡(luò)，能夠更好地滿足人體生理監(jiān)測(cè)的需求。

纖維計(jì)算機(jī)的制造過程采用了創(chuàng)新的柔性電路板技術(shù)。研究團(tuán)隊(duì)將平面微型設(shè)備（如32位浮點(diǎn)微控制器、傳感器等）的二維引腳布局映射為三維圓柱形排列，使其能夠適配纖維的幾何結(jié)構(gòu)。然后，他們將銅導(dǎo)線與微型設(shè)備封裝在彈性聚合物中，形成了一種可拉伸（超過60%應(yīng)變）且耐機(jī)洗的纖維。這種纖維不僅支持編織、針織等紡織工藝，還集成了8種微型設(shè)備，包括微控制器、藍(lán)牙低功耗芯片、加速度計(jì)、光傳感器等。

纖維計(jì)算機(jī)的另一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新是其分布式紡織網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。通過在纖維內(nèi)集成發(fā)光二極管和光傳感器，并利用編織聚合物波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)多纖維間的光信號(hào)傳輸，該網(wǎng)絡(luò)支持10赫茲的帶寬。同時(shí)，通過 BLE 模塊構(gòu)建了分布式無線網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的聚合。此外，纖維中還集成了微型鋰離子電池，可為纖維計(jì)算機(jī)供電 6 小時(shí)，并支持動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)。

纖維計(jì)算機(jī)在生理監(jiān)測(cè)和分布式推斷方面的表現(xiàn)尤為出色。利用加速度計(jì)和光電容積描記傳感器，纖維計(jì)算機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率與運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。通過嵌入式微控制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)濾波與特征提取，能夠更準(zhǔn)確地分析生理信號(hào)。在四纖維網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行獨(dú)立訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并通過加權(quán)投票機(jī)制聚合結(jié)果，將活動(dòng)分類準(zhǔn)確率從單節(jié)點(diǎn)的大約 70% 提升至 95%。這種分布式推斷方式不僅提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，還為多節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作提供了新的思路。

◎ 來源|科普中國(guó)