پژوهشگران این دانشگاه موفق شدهاند مدارهای رایانهای کامل را مستقیماً درون الیافی به ضخامت موی انسان جای دهند؛ دستاوردی که میتواند مسیر توسعه پوشاک هوشمند، الکترونیک انعطافپذیر و رایانههای پوشیدنی آینده را تغییر دهد.
پایان دوران «چسباندن تراشه به پارچه»
تا امروز، فناوری پوشیدنی بیشتر به معنای اتصال تراشههای سخت به سطح پارچه بود. این روش محدودیتهای زیادی داشت؛ از کاهش راحتی کاربر گرفته تا دوام پایین در برابر شستوشو و خمشدن. تیم تحقیقاتی دانشگاه فودان به سرپرستی پنگ هویشنگ رویکرد متفاوتی را انتخاب کردهاند. آنها بهجای افزودن الکترونیک به لباس، خود الیاف را به مدار رایانهای تبدیل کردهاند.
نتیجه این رویکرد، چیزی است که پژوهشگران آن را «مدار مجتمع فیبری» مینامند؛ مدارهایی که برخلاف تراشههای سیلیکونی سخت، روی زیرلایههای کشسان ساخته میشوند و سپس به شکل نخهای بسیار باریک درمیآیند.
یک نخ به ضخامت مو با توان پردازشی قوی
هر فیبر ساختهشده قطری در حد موی انسان دارد اما در همین مقیاس کوچک، اجزای کامل یک مدار الکترونیکی شامل مقاومت، خازن، دیود و ترانزیستور را در خود جای داده است. طبق گزارش منتشر شده در مجله علمی Nature، تراکم ترانزیستوری این الیاف به حدود ۱۰۰ هزار ترانزیستور در هر سانتیمتر میرسد؛ عددی که آن را در سطح تراشههای رایج قرار میدهد.
به بیان سادهتر، تنها یک میلیمتر از این نخ میتواند دهها هزار ترانزیستور را در خود جای دهد. اگر طول نخ بیشتر شود، این عدد به میلیونها ترانزیستور میرسد و از نظر مقیاس، با پردازندههای معمولی قابل مقایسه میشود. این یعنی پارچهای که نهتنها داده را منتقل میکند بلکه خودش توان پردازش دارد.
وقتی پردازش مستقیماً داخل الیافها انجام میشود
نکته مهم این فناوری آن است که این الیاف صرفاً نقش سیم یا منبع تغذیه را بازی نمیکنند. آزمایشها نشان دادهاند که این مدارهای فیبری میتوانند پردازش سیگنالهای آنالوگ و دیجیتال را انجام دهند و حتی برای محاسبات عصبی مثل تشخیص تصویر بهکار گرفته شوند.
عملکرد آنها شباهت زیادی به پردازندههای «درون حافظه» دارد که در سامانههای بینایی ماشین استفاده میشوند. این یعنی لباسهای آینده میتوانند دادهها را همانجا که تولید میشوند تحلیل کنند، نه اینکه همهچیز را به یک پردازنده مرکزی یا گوشی ارسال کنند.
دوام در حد استفاده روزمره
یکی از چالشهای اصلی پوشاک هوشمند، دوام است. پژوهشگران فودان این بخش را هم جدی گرفتهاند. این الیاف بیش از ۱۰ هزار بار خم و کشیده شدهاند، تا ۳۰ درصد کشش و پیچش شدید را تحمل کردهاند و پس از بیش از ۱۰۰ بار شستوشو همچنان عملکرد خود را حفظ کردهاند.
حتی آزمایشهای فشاری شدید نشان دادهاند که این نخها در برابر فشار بسیار بالا هم مقاوم هستند. چنین سطحی از دوام، شرط لازم برای ورود هر فناوری الکترونیکی به دنیای واقعی پوشاک است.
چرا این دستاورد یک نقطه عطف محسوب میشود؟
این پروژه حاصل بیش از یک دهه کار تدریجی است. تیم فودان پیشتر انواع مختلفی از دستگاههای فیبری مثل نخهای ذخیره انرژی، الیاف نورافشان و حسگرهای زیستی را توسعه داده بودند. مدار فیبری جدید، در واقع تلفیق همه این تلاشها در یک پلتفرم واحد و مقیاسپذیر است.
بر اساس گزارش منتشرشده به نقل از TechSpot، آزمایشهای اولیه نشان میدهد تولید انبوه این فناوری با زیرساختهای فعلی صنعت نیمهرسانا امکانپذیر است؛ موضوعی که فاصله آن را با کاربردهای تجاری کمتر میکند.
لباسهایی که فقط پوشیده نمیشوند
اگر این مسیر ادامه پیدا کند، لباسها دیگر صرفاً پوشش نخواهند بود. آنها میتوانند به سامانههایی تبدیل شوند که حس میکنند، پردازش انجام میدهند و واکنش نشان میدهند. از نساجی هوشمند نسل آینده گرفته تا لباسهای واقعیت مجازی و حتی رابطهای مغز و رایانه، همگی میتوانند از چنین فناوریای بهره ببرند.
جمعبندی
جای دادن مدارهای رایانهای در الیاف پارچه، فقط یک پیشرفت فنی نیست بلکه تغییری در نگاه ما به مفهوم «رایانه» است. وقتی پردازش به سطح نخ میرسد، مرز بین فناوری و زندگی روزمره بیش از همیشه محو میشود. شاید در آیندهای نهچندان دور، لباسهایی بپوشیم که نهتنها هوشمند هستند بلکه خودشان یک رایانه کامل به شمار میآیند.
