Programowalne włókno pozwoli na transfer danych z mundurów

Dzięki pracom zespołu naukowców U.S. Army z Institute for Soldier Nanotechnologies powstało programowalne włókno zdolne do przekazywania danych z mundurów żołnierzy. Czyżby armia wkraczała w nową erę cyfryzacji? A może skarpetki będą raportowały o stanie zapocenia? Sprawdźmy to!

Nanotechnologia z MIT

Wspomniany instytut ma swoją siedzibę na Massachusetts Institute of Technology (MIT), a tej instytucji chyba nie trzeba przedstawiać. Nie dziwota więc, że to właśnie naukowcy tam pracujący opracowali pierwsze w historii włókna o cyfrowych możliwościach.

Potrafią one wykrywać, przechowywać, analizować i wyciągać wnioski z aktywności, jeśli zostaną wszyte w mundur. Słowem mundury w wersji smart.

Na co pozwoli programowalne włókno?

Według  informacji przekazanych przez dr. Jamesa Burgessa z DEVCOM mundur wyposażony w programowalne włókna mógłby produkować energię, dostarczać kluczowych informacji o fizjologii żołnierza i środowisku naturalnemu oraz zapewniać dane lokalizacyjne przekazywane dowódcom. Taki mundur mógłby bawet automatycznie alarmować przełożonych, gdyby doszło do zranienia. Wszystkie te rewolucyjne funkcjonalności mogłyby zostać wprowadzone jedynie przy niewielkim wzroście wagi umundurowania.

W dłuższym terminie programowalne włókno w mundurach mogłoby zasilać czujniki, zbierać i analizować dane i wysyłać je do odbiorców zewnętrznych. Naukowcy spodziewają się, że dzięki nim odkryty zostanie kontekst ukrytych wzorców w ludzkim ciele, a wszystko to na potrzeby monitorowania stanu zdrowia. Mówi się również o wyciąganiu konkretnych wniosków medycznych na podstawie zbieranych danych, a nawet o wczesnym wykrywaniu chorób.

Kolejnym zastosowaniem takich włókien mogłoby być ostrzeganie żołnierzy o zmianach ich stanu zdrowi, jak na przykład obniżenie wydolności oddechowej czy też nieregularne tętno. Włókna być może będą również rejestrować aktywność mięśniową podczas ćwiczeń.

Potencjalnie programowalne włókno miałoby również zdolność informowania o ewentualnym kontakcie z toksynami, długości ekspozycji na nie i skutkach, jakie mają na zdrowie żołnierza.

Programowalne włókno można nawlec na igłę. Tuż obok igły widoczny mikroprocesor. Źródło: MIT

Jak powstało programowalne włókno?

Proces tworzenia takich włókien przynajmniej w teorii nie jest skomplikowany. Naukowcy umieścili setki niewielkich, mikroprocesorów w prefabrykowanej formie. Poprzez precyzyjną kontrolę przepływu polimerów udało się utworzyć włókno o stałym połączeniu elektrycznym pomiędzy mikroprocesorami i to na długości dziesiątek metrów.

Do tej pory elektroniczne włókna były analogowe i przekazywały ciągły sygnał elektryczny. Włókna programowalne przekazują sygnał cyfrowy i dzięki temu dane mogą zostać zakodowane i zapisane jako 0 i 1.

Jaka jest charakterystyka programowalnych włókien?

Nowopowstałe programowalne włókno jest elastyczne i stosunkowo cienkie. Gotowe włókno można spokojnie nawlec na igłę większych rozmiarów, a jego wytrzymałość określana jest na przynajmniej 10 prań.

Według naukowców tego typu włókno umiejscowione w koszuli jest dla noszącego zupełnie niewyczuwalne.

Włókna to potrafią również przechowywać duże ilości danych. Badaczom udało się zapisać 767 kilobitów pełno kolorowego krótkiego filmu oraz plik muzyczny o wielkości 0,48 megabajta. Pliki takie można przechowywać przez nawet dwa miesiące bez zasilania w energię elektryczną.

Programowalne włókna wspomagają rozwój sztucznej inteligencji

Według naukowców z MIT programowalne włókno to kolejny mały kroczek w kierunku sztucznej inteligencji. W jego wnętrzu tworzona jest sztuczna sieć neuronowa składająca się z 1650 połączeń. Po wszyciu takiej sieci wokół pachy koszuli udało się na przykład zebrać 270 minut pomiarów temperatury osoby noszącej zmodyfikowaną koszulę. Następnie zestawiono te dane z różną aktywnością fizyczną.

Bazując na tychże danych, włókna mogły później z 96-procentową skutecznością określić rodzaj aktywności, w jakiej osoba nosząca tak zmodyfikowaną koszulę brała udział.

programowalne włókno w rękawie
Programowalne włókno może być z powodzeniem wprowadzone w skomplikowane elementy ubioru. Źródło: MIT

Jak kontrolowane są programowalne włókna?

Na tym etapie do zarządzania inteligentnymi włóknami niezbędne jest zewnętrzne urządzenie. Według naukowców kolejnym naturalnym krokiem będzie zaprojektowanie mikroprocesora, który stanie się mikrokontrolerem możliwym do bezpośredniego połączenia z włóknem. Jeśli do tego dojdzie, to jak zauważa jeden z naukowców, otrzymamy komputer we włóknie.

Potencjalne problemy i zagrożenia

Na papierze wszystko to prezentuje się pięknie i rewolucyjnie, ale jak każde urządzenie również i programowalne włókno nie jest „lekiem na całe zło”. Jeśli jego rozwój będzie przebiegał tak dynamicznie, jak się to planuje, to stanie się ono kolejnym celem do hakowania. Komunikacja włókna z odbiornikami zewnętrznymi potencjalnie będzie mogła zostać przechwycona, dostarczając przeciwnikowi cennych informacji o żołnierzach.

Do rozwiązania pozostaje również kwestia prezentowania danych. By móc z nich efektywnie korzystać, musimy umieć je przetworzyć i zaprezentować w sposób pozwalających na ich produktywne wykorzystani. Już teraz mówi się o prawdziwym zalewie danych, a włókna dorzucą kolejną porcję informacji do przefiltrowania.

Mimo wszystko wydaje się jednak, że przy odpowiednim podejściu do sprawy korzyści płynące z programowalnych włókien mogą być ogromne. Zwłaszcza że technologia ta mogłaby służyć nie tylko żołnierzom, ale również cywilom.

Źródła:

  • https://www.army.mil/article/247472/uniforms_with_programmable_fiber_could_transmit_data_and_more
  • https://news.mit.edu/2021/programmable-fiber-0603