3个问题:智能面料的未来正在迅速展开

在发表于《Matter》杂志上的一篇观点文章中，Fibers@MIT研究小组的成员最近详细阐述了快速发展的先进纤维和织物领域将如何改变我们生活的许多方面。例如，“智能服装”可能会持续监测体温、心率和其他生命体征，然后分析数据并给出潜在健康状况的警告。该小组由约尔·芬克教授领导，正在开发具有先进计算性能的纤维和织物。《麻省理工学院新闻》请博士生加布里埃尔·洛克(Gabriel Loke)和芬克以及其他六人详细阐述了该团队的观点。洛克是这篇文章的第一作者。

问:你刚刚发表的论文描述了一种织物计算机的设想。这样的计算机能帮助我们应对像现在这样的流行病吗?

答:当前的大流行表明需要采用新的模式来实时评估大量人口的健康状况。就Covid-19的传播而言，目前的症状驱动检测方法是滞后的指标，可以比作“后视镜驾驶”。那么，我们如何创建具有预测性、前瞻性并能够提供领先指标的系统呢?如果你有一种方法可以持续获取你的生命体征呢?细微的、不可察觉的小变化会成为个人健康问题的早期预警信号吗?如果你能在空间和时间上将这些变化与大量人口联系起来，并实时这样做，来识别疾病的传播，会怎么样?

没有任何人造物品比我们所有人穿的衣服更普遍，更能接触到重要的数据。如果我们能教我们的织物感知、存储、分析、提取和交流这些潜在的有用信息，那不是很好吗?

在这篇文章中，我描述了这台新电脑的四个原理。首先，通过新的材料设计和可伸缩的光纤制造方法，单股光纤的性能将随着时间的推移而迅速提高。第二步是将这些纤维协同组装成一种独特的织物，以捕捉、存储和处理我们身体释放的大量数据。第三是人工智能面料的发展，在这种面料上编程的特殊结构的机器学习算法可以揭示和获得隐藏的身体模式的新见解。第四，面料成为满足广大人口需求的增值服务的成熟平台。

问:你描述了一种潜在的“摩尔定律”(Moore’s Law)，该定律最初描述的是计算能力每18个月翻一番，用于计算结构的开发。你能描述一下你的意思吗?

答:根据摩尔定律，纤维必须由多种材料组成，精确地排列在单一纤维截面内，以产生具有不同功能的器件，包括计算在内。与用于微芯片设备的薄膜技术相比，复合材料纤维领域还很年轻。但是，我们现在在论文和研究中看到的是，纤维所能发挥的功能大量增加。

例如，在过去的几年里，被称为热纤拉伸的制作方法已经产生了包括心率监测和光通信在内的多种材料组合和功能。根据纤维的摩尔定律，我们可以想象，未来的计算织物将会不断地更新新的功能和能力，就像我们总是在电脑上更新软件一样。

问:你为计算织物的未来制定了一个长期愿景和蓝图。在你看来，未来几年在这个方向上最重要的短期步骤是什么?

答:最重要的是要确保人们，尤其是学生，认识到面料正在发生的变化，以及他们将很快变得多么能干。在我们的小组中，一群来自不同学科的学生正在致力于创建织物计算机。就像个人电脑的发展一样，在这个领域里，新公司和创新有着巨大的机会。我期望光纤进入数字领域，并引入光纤输入和输出。现代计算机由数百万个逻辑门组成，因此将数字电路和门集成到光纤中代表了实现纤维和织物的全部计算能力的许多步骤中的第一步。 

第二，为了实现织物计算机，近期重要的一步将是开发织物体系结构，使纤维能够相互通信，同时保持织物的传统质量。

最后，要使织物具备人工智能能力，训练有用的网络进行准确预测需要大量数据集。这需要从我们的身体收集大量的数据。因此，织物上的传感器必须尽可能地无缝和耐磨损，以便这些传感器能够长期佩戴。在这些方面的工作，如提高光纤传感器的灵活性、可选性和功率需求，将使我们在人体数据的普遍采样方面领先一步。