De computers van de toekomst zijn misschien geen smartphones of smartwatches. Het zou, veel eenvoudiger, de kleding kunnen zijn die we elke dag dragen. Dit is het perspectief dat wordt geopend door een groep Chinese onderzoekers die een ultradunne vezelchip hebben ontwikkeld, die gegevens kan berekenen en analyseren en bestand is tegen de typische spanningen van stoffen: vouwen, draaien, wassen en dagelijks dragen.
Het project ontstond in de laboratoria van de Fudan Universiteit in China, waar wetenschappers erin slaagden een compleet elektronisch circuit te integreren in een vezel die dunner is dan een mensenhaar. Het resultaat is een draad die zo zacht en flexibel is als stof, maar met echte rekenmogelijkheden. Dit is geen eenvoudige sensor: deze vezel is in staat signalen te verwerken, basistaken op het gebied van kunstmatige intelligentie uit te voeren en beelden te herkennen, waardoor stoffen dichter bij het concept van echte draagbare computers komen.
De auteurs van het onderzoek spreken openlijk over een keerpunt voor flexibele elektronica en benadrukken hoe deze technologie glasvezelapparaten naar geïntegreerde intelligente systemen kan duwen, waardoor de grenzen van de huidige draagbare oplossingen worden overwonnen.
Van platte chip tot gewalste chip
Het integreren van geavanceerde elektronica in een zachte vezel is een enorme uitdaging. Traditionele spanen zijn stijf en vlak, terwijl een vezel gebogen, onregelmatig is en voortdurend vervormt. Het bouwen van circuits direct op het oppervlak is, zoals onderzoeker Chen Peining uitlegde, vergelijkbaar met het bouwen van een wolkenkrabber op modderige en oneffen grond, in de hoop dat deze bestand is tegen alle stress.
De door het team gekozen oplossing was even simpel als ingenieus: bouw de chip niet op de vezel, maar in de vezel. De onderzoekers creëerden aanvankelijk een ultradun, elastisch en perfect glad vel op nanometrisch niveau. Op dit oppervlak konden ze met standaard lithografietechnieken uit de halfgeleiderindustrie transistors, weerstanden, condensatoren en diodes maken, om vervolgens alles met een isolatielaag te beschermen tegen chemicaliën en slijtage.
De beslissende stap komt onmiddellijk daarna. Dit elektronische vel wordt als sushi op zichzelf opgerold en vormt een compacte spiraal die uiteindelijk wordt opgenomen in een polymeervezel. Zo ontstond het zogenaamde fiber Integrated Circuit (FIC), een structuur waarmee een enorme hoeveelheid componenten in een kleine ruimte kan worden geconcentreerd.
De cijfers zijn indrukwekkend: zo’n 100.000 transistors per centimeter glasvezel. In de praktijk kan één meter draad miljoenen transistors bevatten, een orde van grootte vergelijkbaar met die van de CPU’s van klassieke computers van enkele decennia geleden.
Zo dun als een haar, zo sterk als een industriële kabel
Deze vezels hebben een diameter van ongeveer 50 micrometer, terwijl een mensenhaar ongeveer 70 micrometer is. Ondanks hun zeer kleine formaat vertonen ze verrassende weerstand. Ze kunnen tot 30% worden uitgerekt, herhaaldelijk worden gedraaid en worden onderworpen aan meer dan 10.000 buig- en schuurcycli zonder functionaliteit te verliezen.
Laboratoriumtests hebben de vezel tot het uiterste gedreven: hij bleef werken nadat hij was verpletterd met een druk van 15,6 ton, verwarmd tot 100 graden Celsius en zelfs na 100 machinewasbeurten. Fundamentele kenmerken als je denkt aan echt gebruik in alledaagse kleding.
Functioneel gezien kunnen deze glasvezelchips zowel analoge als digitale signalen verwerken en kunnen ze neurale computertaken, zoals beeldherkenning, met hoge nauwkeurigheid uitvoeren.
Een ander belangrijk aspect is industriële compatibiliteit. Volgens Peining is de productiemethode volledig compatibel met tools die al in de chipindustrie worden gebruikt, waardoor grootschalige productie niet alleen theoretisch mogelijk is, maar ook technisch al haalbaar.
Van gezondheid tot virtual reality
Als deze computervezels gemeengoed worden, kan kleding veranderen in intelligente platforms. Ze kunnen vitale functies monitoren, gezondheidsgegevens verzamelen, informatie weergeven of zelfs helpen bij het reguleren van de lichaamstemperatuur.
Op het gebied van virtual en augmented reality openen zich nog concretere scenario’s. Handschoenen gemaakt van deze vezels kunnen uiterst realistische voelbare feedback bieden, terwijl ze niet te onderscheiden zijn van normale stof. Volgens onderzoekers konden chirurgen die robotoperaties op afstand uitvoeren de textuur van het weefsel ‘voelen’, wat de precisie en veiligheid verbetert.
Op medisch gebied is de potentiële impact enorm. De flexibiliteit van deze vezels is vergelijkbaar met die van hersenweefsel, waardoor ze ook geschikt zijn als zachte, biocompatibele implantaten. Toepassingen zoals monitoring van epilepsie, de behandeling van Parkinson en hulp bij cardiovasculaire en neurologische chirurgie worden al onderzocht, in samenwerking met ziekenhuisfaciliteiten.
Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, geeft een inkijkje in een nieuwe generatie slim textiel, waarbij de grens tussen kleding en elektronica steeds dunner wordt. Letterlijk.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
