Soğuk bir kış gününde koşuya çıkarken, üzerinizde hayati belirtilerinizi sürekli izleyen, hatta ara sıra bir uygulama çalıştırabilen sensörler ve mikro elektronikler dokunmuş atletik kıyafetler olduğunu hayal edin. MIT bilim insanları, tam da bunu yapabilecek tüm bileşenlere sahip tek bir fiber bilgisayar ürettiler.
“Vücudumuz her saniye deri yoluyla ısı, ses, biyokimyasallar, elektriksel potansiyeller ve ışık şeklinde gigabaytlarca veri yayar. Bunların hepsi, aktivitelerimiz, duygularımız ve sağlığımız hakkında bilgi taşır,” diyor MIT’den malzeme bilimci ve mühendis Yoel Fink. “Ne yazık ki, bu verilerin büyük bir kısmı kıyafetlerimiz tarafından emilip kayboluyor. Ya kıyafetlerimize bu önemli bilgileri yakalamayı, analiz etmeyi, depolamayı ve iletmeyi öğretebilseydik?”
2021’in ilk çeyreğinde, akıllı saatler, fitness takip cihazları, artırılmış gerçeklik gözlükleri ve benzeri teknolojik giyilebilir cihazlardan 100 milyondan fazla satıldı. Aynı yılın ikinci çeyreğinde bu kategorinin satışları, 2020’nin ikinci çeyreğine kıyasla %34,4 oranında arttı ve kişisel elektronikler arasında en hızlı büyüyen kategorilerden biri haline geldi. Ancak bu cihazların bazı dezavantajları var: Ağır olabilirler, uzun süre kullanıldığında rahatsız edici hale gelebilirler ve genellikle vücut sinyallerini sadece tek bir noktadan (örneğin bilek, göğüs veya parmak) ölçtükleri için ölçümleri tam olarak doğru olmayabilir.
Buna karşın, giysilere dokunmuş bir fiber bilgisayar, vücut genelinde birçok farklı noktadan veri toplayarak daha kapsamlı bir izleme sağlayabilir. Fink’in ekibi, 2021 yılında bir kişinin aktivitesini dijital olarak algılayabilen, depolayabilen ve analiz edebilen ilk çipleri üretmişti. O zamana kadar elektronik fiberler yalnızca analog çalışıyordu. Bu fiber, yüzlerce küçük silikon mikroçipin bir polimer yapı içine gömülmesiyle üretildi. Üretim sürecinde polimer akışı dikkatlice kontrol edilerek, onlarca metre uzunluğundaki fiber boyunca mikroçipler arasında sürekli bir elektrik bağlantısı sağlandı.
Sonuç olarak elde edilen fiber; ince, esnek, kumaşlara kolayca dikilebilen ve yıkanabilir bir yapıdaydı. Optik diyotlar, bellek birimleri, sensörler ve diğer bileşenleri içerebiliyordu. Fink’in ekibi, bir test olarak fiberin içine 767 kilobitlik kısa bir video dosyası ve 0,48 megabaytlık bir müzik dosyası kaydetti. Böylece gelecekte gelinlik ya da damatlık gibi kıyafetlere hatıraların kaydedilebileceği bir gün hayal ettiler.
Ancak önceki fiber bazı sınırlamalara sahipti. Daha karmaşık cihazların entegrasyonunu destekleyemiyor ve gerçek kumaşlar kadar esnek değildi. Bu nedenle Fink ve ekibi yaklaşımlarını yeniden ele almaya karar verdi. Karşılaştıkları en büyük zorluklardan biri “geometrik uyumsuzluk” olarak tanımladıkları problemdi: Fiber silindirik bir yapıya sahipken, mikroçipler düzdü. Bu, daha karmaşık mikro cihazların iletken bölgelerine (“pad” adı verilen alanlara) bağlantı yapmayı zorlaştırıyordu.
Bu sorunu çözmek için araştırmacılar, 2D pad alanlarını 3D bir düzeneğe yerleştirmeyi başardılar. Bunu, esnek bir devre kartını silindirik bir forma sararak gerçekleştirdiler. Böylece fiber üzerindeki bileşenleri birbirine bağlamak için dört tel kullanıldı: sensörler, mikrodenetleyici, Bluetooth modülü, dijital bellek, pil ve verileri kablosuz olarak bir cep telefonuna iletebilen optik iletişim sistemi. Ayrıca, fiber bilgisayarın daha esnek olması için termoplastik elastomer malzeme kullanıldı. Bu sayede, fiber %60 oranında esneyebilir hale geldi ve yine de işlevselliğini koruyabildi.
Daha sonra fiber bilgisayar, polyester, yün, naylon veya ipek gibi örgü ipliklerle kaplandı ve bir çift tayta entegre edildi. Her bir fiber, yapılan egzersizleri tanımak için bir makine öğrenme modeli ile eğitildi ve hareketleri %70 doğrulukla tanımlayabildi. Fiberler bir ağ içinde bağlanıp veri paylaşmaya başladığında bu doğruluk oranı %95’e yaklaştı.
Şu anda fiber bilgisayar, ABD Ordusu tarafından bir ekip tarafından sahada test ediliyor. Ekip üyeleri üzerinde fiber elbiselerle Kuzey Kutbu’nun aşırı soğuk koşullarında 30 gün boyunca 1000 kilometre yol kat ediyor. Hepsi, vücutlarının aşırı soğuğa nasıl tepki verdiğini izleyen bu akıllı baz katmanlı kıyafetleri giyiyor. Henüz araştırmanın ilk aşamalarında olunsa da uzun vadeli hedef, fiber bilgisayarların çevresel ve fizyolojik değişimlere duyarlı hale getirilerek günlük kıyafetlere entegre edilmesi.
Gelecekteki araştırmalar, gelişmiş hesaplama yeteneklerine sahip nano üretimli özel mikro cihazların oluşturulmasına odaklanacak. “Askerler, bu yeni teknolojinin ilk kullanıcıları ve faydalanıcıları olacak,” diyor ABD Ordusu’ndan bilim insanı Karl Friedl. “Bu teknoloji, yapay zeka sistemleriyle entegre edilerek öngörücü fizyolojik modeller ve görevle ilgili araçlar sayesinde aşırı ortam koşullarında hayatta kalma yeteneklerini artıracak.” Henüz projenin çok başında olunsa da yakın zamanda günlük hayatta görememiz çok olası duruyor…
Kaynak: Nature
