Un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han creado la primera fibra con capacidades digitales, capaz de detectar, almacenar, analizar e inferir actividad después de ser cosida en una camisa.

Yoel Fink, quien es profesor en los departamentos de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería eléctrica e informática, investigador principal del Laboratorio de Investigación de Electrónica y autor principal del estudio, dice que las fibras digitales amplían las posibilidades de las telas para descubrir el contexto de patrones ocultos en el cuerpo humano que podrían usarse para monitorear el desempeño físico, inferencia médica y detección temprana de enfermedades.

Una fibra digital que contiene memoria, sensores de temperatura y un programa de red neuronal entrenado para producir actividad física.

Fink y sus colegas describen las características de la fibra digital en Nature Communications. Hasta ahora, las fibras electrónicas han sido analógicas, llevando una señal eléctrica continua, en lugar de digitales, donde los bits discretos de información se pueden codificar y procesar en 0 y 1.

“Este trabajo presenta la primera realización de un tejido con la capacidad de almacenar y procesar datos digitalmente, agregando una nueva dimensión de contenido de información a los textiles y permitiendo que los tejidos se programen literalmente”, dice Fink.

El estudiante de doctorado del MIT Gabriel Loke y el postdoctorado del MIT Tural Khudiyev son los autores principales del artículo. Otros coautores del postdoctorado del MIT Wei Yan; Los estudiantes universitarios del MIT Brian Wang, Stephanie Fu, Ioannis Chatziveroglou, Syamantak Payra, Yorai Shaoul, Johnny Fung e Itamar Chinn; John Joannopoulos, profesor de física de la cátedra Francis Wright Davis y director del Instituto de Nanotecnologías de Soldados del MIT; El estudiante de maestría de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Harrisburg, Pin-Wen Chou; y la profesora adjunta de la Escuela de Diseño de Rhode Island, Anna Gitelson-Kahn. El trabajo de la tela fue facilitado por el profesor Anais Missakian, quien ocupa la Cátedra Dotada de la Familia Pevaroff-Cohn en Textiles en RISD.

Memoria y más

La nueva fibra se creó colocando cientos de chips digitales de microescala de silicio cuadrados en una preforma que luego se utilizó para crear una fibra de polímero. Al controlar con precisión el flujo del polímero, los investigadores pudieron crear una fibra con conexión eléctrica continua entre los chips en una longitud de decenas de metros.

La fibra en sí es delgada y flexible y se puede pasar a través de una aguja, coserse en telas y lavarse al menos 10 veces sin romperse. Según Loke, “cuando lo pones en una camisa, no puedes sentirlo en absoluto. No sabrías que estaba allí». Hacer una fibra digital “abre diferentes áreas de oportunidades y de hecho resuelve algunos de los problemas de las fibras funcionales”, dice.

Por ejemplo, ofrece una forma de controlar elementos individuales dentro de una fibra, desde un punto en el extremo de la fibra. “Puede pensar en nuestra fibra como un pasillo, y los elementos son como habitaciones, y cada uno tiene sus propios números de habitación digitales únicos”, explica Loke. El equipo de investigación ideó un método de direccionamiento digital que les permite «encender» la funcionalidad de un elemento sin encender todos los elementos.

Una fibra digital también puede almacenar mucha información en la memoria. Los investigadores pudieron escribir, almacenar y leer información en la fibra, incluido un archivo de película corta a todo color de 767 kilobits y un archivo de música de 0,48 megabytes. Los archivos se pueden almacenar durante dos meses sin energía.

Cuando estaban soñando «ideas locas» para la fibra, dice Loke, pensaron en aplicaciones como un vestido de novia que almacenaría música de boda digital dentro del tejido de su tejido, o incluso escribir la historia de la creación de la fibra en sus componentes.

Fink señala que la investigación en el MIT se realizó en estrecha colaboración con el departamento textil de RISD dirigido por Missakian. Gitelson-Kahn incorporó las fibras digitales en una manga de prenda tejida, allanando así el camino para crear la primera prenda digital.

Inteligencia artificial corporal

La fibra también da algunos pasos hacia la inteligencia artificial al incluir, dentro de la memoria de la fibra, una red neuronal de 1.650 conexiones. Después de coserlo alrededor de la axila de una camisa, los investigadores utilizaron la fibra para recopilar 270 minutos de datos de temperatura corporal en la superficie de una persona que usaba la camisa y analizar cómo estos datos correspondían a diferentes actividades físicas. Capacitada en estos datos, la fibra pudo determinar con un 96 por ciento de precisión en qué actividad estaba involucrada la persona que lo usaba.

Agregar un componente de IA a la fibra aumenta aún más sus posibilidades, dicen los investigadores. Los tejidos con componentes digitales pueden recopilar mucha información en todo el cuerpo a lo largo del tiempo, y estos «datos abundantes» son perfectos para los algoritmos de aprendizaje automático, dice Loke.

“Este tipo de tejido podría proporcionar datos de código abierto en cantidad y calidad para extraer nuevos patrones corporales que no conocíamos antes”, dice.

Con este poder analítico, las fibras algún día podrían detectar y alertar a las personas en tiempo real sobre cambios de salud como un deterioro respiratorio o latidos cardíacos irregulares, o entregar información de activación muscular o frecuencia cardíaca a los atletas durante el entrenamiento.

La fibra está controlada por un pequeño dispositivo externo, por lo que el siguiente paso será diseñar un nuevo chip como microcontrolador que se pueda conectar dentro de la propia fibra.

«Cuando podemos hacer eso, podemos llamarlo una computadora de fibra», dice Loke.

Esta investigación fue apoyada por el Instituto de Nanotecnologías de Soldados del Ejército de EE. UU., La Fundación Nacional de Ciencias, la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU., El Sea Grant del MIT y la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa.

Fuente de imágenes: MIT