科学家将整台计算机集成至单根纺织纤维——甚至可机洗

热门资讯 2025年09月01日 10:43 1 admin

科学家最新研发的一种纤维计算机包含八个协同工作的设备单元，它们共同构成一个计算整体；研究人员计划将大量此类纤维编织成具有协同效应的智能服装。

科学家已将关键计算组件整合进一根柔性纤维中，这种纤维甚至可以承受洗衣机清洗。研究人员希望有朝一日能将许多此类纤维编织成一个 cohesive（具有凝聚力的）“纤维计算”网络 —— 换句话说，就是具备智能功能的服装。

智能纺织品（又称智能织物或电子纺织品）是指含有电子元件的材料，可增强可穿戴设备及其他产品的功能。这类材料未来或能用于制造内置计算元件的织物，应用于服装或编织显示屏等领域。

现代最早的应用实例是2007年推出的LilyPad系列 —— 一套可缝纫的电子元件，专为交互式服装、玩具或雕塑设计。

智能纺织品最主要的局限性在于：单根纤维的计算能力严重受限，且未嵌入任何独立组件。

由于缺乏组件，这些纤维难以执行实时解析生物信号等基础任务，也难以捕捉信号进行后续数据处理。

但在发表于《纳米微快报（英文）》的新研究中，科学家成功将传感、通信、计算和存储功能集成到单根纤维中。

这种弹性纤维还具有60%的拉伸率，并能经受洗衣机洗涤 —— 这意味着它可用于编织实用服装。

科学家在研究中表示，由于支持多点传感和计算机与人体的实时交互，这种新型纤维还能让智能服装或设备实现更高精度。

服装的未来

研究称，每根纤维集成了八个设备单元：包括四个传感器（光电探测器、温度传感器、加速度计和用于测量皮肤吸光度变化的光电容积描记器）、一个微控制器、两个通信模块和电源管理设备。这些组件共同实现了数据采集、处理、存储和结果传输功能。

为验证新系统效能，科学家将四根智能纤维集成至服装袖子和裤腿中，并让受试者穿着进行体重训练（包括深蹲、弓步和平板支撑）。每根纤维运行独立训练的神经网络（一组模拟人脑信息处理方式的机器学习算法），使纤维能实时识别深蹲、平板支撑、手臂旋转等动作。

单根纤维识别特定动作的准确率为67%，而四根纤维协同工作时准确率提升至95%。

科学家在研究中表示：“这一显著提升印证了多纤维协同传感与分布式推理的巨大潜力，为智能穿戴系统提供革命性解决方案 —— 通过本地化计算与网络化决策的无缝融合，实现稳健的高保真性能。”

研究者指出，这些结果凸显了纤维网络协同工作的潜在性能，但也承认在优化通信速度、降低能耗和增加带宽方面仍存在挑战。要扩大这种纤维计算机网络的规模，还需提升单个节点间信息交换的效率。

他们补充说，未来研究可专注于构建专门针对此类纤维计算机的高吞吐量、低延迟通信协议。

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