智慧纖維：讓衣物變身健康守護者

想像一下，你穿的衣服不僅能保暖，還能隨時監測你的健康狀況。麻省理工學院（MIT）的研究團隊最近開發出一種彈性纖維形式的自主可程式化電腦，這種「纖維電腦」能夠即時監測穿戴者的健康狀況和身體活動，並在發現潛在健康風險時發出警報。這項突破性研究已發表在《自然》期刊上。

研究人員表示，這種含有纖維電腦的衣物不僅舒適，還能機洗，且纖維幾乎不會被穿戴者察覺。與傳統的穿戴式裝置（如手錶或胸帶）不同，這種纖維電腦能夠與身體大面積接觸，特別是靠近重要器官的部位，因此能更全面地測量和理解人體生理狀態。

這種纖維電腦包含一系列微型裝置，如感測器、微控制器、數位記憶體、藍芽模組、光學通訊裝置和電池，所有這些元件都整合在一條彈性纖維中。研究人員將四條纖維電腦分別縫入一件上衣和一條緊身褲中，讓纖維沿著四肢延伸。實驗中，每條纖維電腦都執行一個機器學習模型，能夠自主識別穿戴者的運動，平均準確率約為70%。令人驚訝的是，當這些纖維電腦彼此通訊後，整體準確率提升至近95%。

MIT材料科學與工程教授Yoel Fink表示：「我們的皮膚每秒都會以熱能、聲音、生化物質、電位和光的形式傳輸大量資料，這些資料都攜帶著關於我們活動、情緒和健康的重要資訊。可惜的是，這些資訊大多被衣物吸收並流失。如果我們能讓衣物捕捉、分析、儲存並傳遞這些資訊，那將是多麼棒的事情！」

這項技術即將在現實世界中進行重要測試。美國陸軍和海軍成員將在平均溫度為零下40度的北極進行為期一個月的冬季研究任務，覆蓋1000公里。參與任務的成員將穿著含有纖維電腦的基礎層美利諾網眼衣，這些衣物將提供即時的健康和活動資料。

Fink補充道：「在不久的將來，纖維電腦將讓我們能夠透過日常衣物執行應用程式，並獲得寶貴的健康和安全服務。我們期待在即將到來的北極任務中，與美國陸軍、海軍和DARPA的合作夥伴一起見證這一未來。」

這項研究是MIT Fibers@MIT實驗室十多年工作的成果，並得到了ISN的支援。研究團隊克服了許多技術挑戰，例如將平面晶片整合到圓柱形纖維中的幾何不匹配問題。他們採用了一種稱為「maki」的設計，將2D的晶片佈局對映到3D結構中，並使用熱塑性彈性體材料製造出可機洗且能拉伸超過60%的彈性纖維。

研究人員還利用編織技術將纖維電腦與傳統紗線（如聚酯、美利諾羊毛、尼龍和絲綢）結合，進一步提升了衣物的功能性。每條纖維電腦都包含LED和光感測器，使多條纖維能夠互相通訊，形成一個能夠執行計算的紡織網路。

展望未來，研究團隊計劃利用這項技術整合更多微型裝置，並在極端環境中進行更多測試。美國陸軍少校Hefner表示：「作為一名擁有十多年北極作戰經驗的指揮官，我的主要關切是如何保護團隊免受寒冷傷害。傳統系統無法提供完整的資訊，而這種基礎層計算織物將幫助我們更好地理解身體對極端寒冷的反應，並最終預測和預防傷害。」

美國陸軍高階研究科學家Karl Friedl認為，這項技術可能成為「日常生活的遊戲規則改變者」。他補充道：「想像一下，未來的纖維電腦能夠感知並回應環境和個人的生理狀態，提升舒適度和表現，提供即時健康監測，並保護穿戴者免受外部威脅。」

Fink總結道：「傳統纖維與計算和機器學習的融合才剛剛開始。我們不僅透過研究和實地測試探索這一令人興奮的未來，還在MIT材料科學與工程系的『計算織物』課程中進行教學，這門課程由羅德島設計學院的Anais Missakian教授教授。」