مدارهای رایانه‌ای در الیاف پارچه؛ گامی بزرگ به‌سوی لباس‌های هوشمند

فناوری پوشیدنی سال‌ها به معنای اتصال تراشه‌های سخت به پارچه‌های نرم بود. اما تیم تحقیقاتی دانشگاه فودان چین به سرپرستی پنگ هویشنگ، گامی فراتر برده و مدارهای رایانه‌ای کامل را مستقیماً درون الیاف با ضخامت مشابه موی انسان جای داده است.
این دستاورد که در نشریه Nature منتشر شده، نقطه عطفی در الکترونیک انعطاف‌پذیر محسوب می‌شود.

به گزارش سیلاد و به نقل از Techspot، نوآوری اصلی این پروژه، مدار مجتمع فیبری(FIC) است. برخلاف تراشه‌های سنتی که بر بستر سیلیکونی سخت ساخته می‌شوند، این مدارها بر روی زیرلایه‌های کشسان شکل گرفته و شامل مقاومت، خازن، دیود و ترانزیستور هستند. سپس این زیرلایه‌ها به صورت نخ باریک در می‌آیند. هر فیبر با قطر موی انسان می‌تواند تراکم ترانزیستوری حدود 100 هزار در هر سانتی‌متر داشته باشد؛ رقمی قابل مقایسه با پردازنده‌های رایج.

یک بخش یک میلی‌متری از این نخ، ده‌ها هزار ترانزیستور را در خود جای می‌دهد و توان پردازشی مشابه تراشه‌های پزشکی دارد. طول بیشتر فیبر به معنای تراکم بالاتر است؛ به‌گونه‌ای که یک متر نخ می‌تواند میلیون‌ها ترانزیستور داشته باشد و از نظر شمار ترانزیستور با CPUهای معمولی برابری کند.

این نسل جدید فیبرها تنها به انتقال جریان یا تغذیه حسگرها محدود نیستند، بلکه توان پردازش سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال و حتی محاسبات عصبی مانند تشخیص تصویر را دارند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند عملکرد آنها مشابه پردازنده‌های تصویری در حافظه است که در بینایی ماشین استفاده می‌شوند.
 

از نظر دوام، این نخ‌ها بیش از 10 هزار بار خم و کشیده شدند، تا 30 درصد کشش و پیچش 180 درجه در هر سانتی‌متر را تحمل کردند و پس از بیش از 100 بار شست‌وشو همچنان کارایی خود را حفظ نمودند. حتی فشار یک کامیون 15.6 تنی نتوانست عملکرد آنها را مختل کند.
این مقاومت بالا امکان ادغام بخش‌های مختلف مانند منبع انرژی، حسگر، پردازشگر و خروجی را در یک فیبر فراهم کرده است.

این پروژه نتیجه بیش از یک دهه نوآوری تدریجی است. محققان فودان پیش‌تر بیش از 30 نوع دستگاه فیبری از جمله سیم‌های ذخیره انرژی، نخ‌های نورافشان و حسگرهای زیستی ساخته بودند. اکنون این تراشه فیبری، تلفیق همه آن تلاش‌ها در یک پلتفرم مقیاس‌پذیر است. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد تولید انبوه اولیه با زیرساخت‌های موجود نیمه‌رسانا امکان‌پذیر است.

به گفته پژوهشگران، این فناوری می‌تواند راه را برای نساجی هوشمند نسل آینده، لباس‌های واقعیت مجازی و حتی سیستم‌های رابط مغز و رایانه هموار کند؛ آینده‌ای که در آن لباس‌ها نه‌تنها پوشش، بلکه رایانه‌ای کامل خواهند بود.