Investigadores do MIT transformam roupas em computadores que podem executar aplicações

Os investigadores do MIT desenvolveram um computador autónomo programável sob a forma de uma fibra elástica, que pode monitorizar as condições de saúde e a atividade física, alertando o utilizador para potenciais riscos para a saúde em tempo real. O vestuário que contém o computador de fibra é confortável e lavável na máquina, e as fibras são quase impercetíveis para o utilizador, referem os investigadores.

Ao contrário dos sistemas de monitorização no corpo, conhecidos como “wearables”, que estão localizados num único ponto, como o peito, o pulso ou o dedo, os tecidos e o vestuário têm a vantagem de estar em contacto com grandes áreas do corpo, perto de órgãos vitais. Como tal, apresentam uma oportunidade única para medir e compreender a fisiologia e a saúde humanas.

Como funciona este computador de fibra?

O computador de fibra contém uma série de microdispositivos, incluindo sensores, um microcontrolador, memória digital, módulos bluetooth, comunicações ópticas e uma bateria, constituindo todos os componentes necessários de um computador numa única fibra elástica.

Os investigadores adicionaram quatro computadores de fibra a um top e a um par de leggings, com as fibras a correrem ao longo de cada membro. Nas suas experiências, cada computador de fibra programável de forma independente operou um modelo de aprendizagem automática que foi treinado para reconhecer autonomamente os exercícios realizados pelo utilizador, o que resultou numa precisão média de cerca de 70%.

Surpreendentemente, quando os investigadores permitiram que os computadores de fibra individuais comunicassem entre si, a sua precisão coletiva aumentou para cerca de 95%.

A utilização do computador de fibra para compreender as condições de saúde e ajudar a prevenir lesões também será em breve objeto de um teste significativo no mundo real. Os membros do exército e da marinha dos EUA vão realizar uma missão de investigação de inverno de um mês no Ártico, percorrendo 1.000 quilómetros a temperaturas médias de -40 graus Fahrenheit. Dezenas de camisolas de malha merino com computadores de fibra fornecerão informações em tempo real sobre a saúde e a atividade dos indivíduos que participam nesta missão, denominada Musk Ox II.

Foco na fibra

O computador de fibra baseia-se em mais de uma década de trabalho no laboratório Fibers@MIT no RLE e foi apoiado principalmente pelo ISN. Em artigos anteriores, os investigadores demonstraram métodos de incorporação de dispositivos semicondutores, díodos ópticos, unidades de memória, contactos elétricos elásticos e sensores em fibras que podem ser transformadas em tecidos e peças de vestuário.

Um dos desafios que os investigadores ultrapassaram foi a incompatibilidade geométrica entre uma fibra cilíndrica e um chip plano. Ligar os fios a pequenas áreas condutoras, conhecidas como almofadas, no exterior de cada microdispositivo plano revelou-se difícil e propenso a falhas porque os microdispositivos complexos têm muitas almofadas, tornando cada vez mais difícil encontrar espaço para fixar cada fio de forma fiável.

Nesta nova conceção, os investigadores mapeiam o alinhamento 2D dos blocos de cada microdispositivo para uma disposição 3D, utilizando uma placa de circuito flexível chamada interpositor, que envolveram num cilindro. Chamam a isto o design “maki”. De seguida, fixaram quatro fios separados nos lados do rolo “maki” e ligaram todos os componentes entre si.

Esta técnica de dobragem versátil pode ser utilizada com uma variedade de dispositivos microeletrónicos, permitindo-lhes incorporar funcionalidades adicionais.

Além disso, os investigadores fabricaram o novo computador de fibra utilizando um tipo de elastómero termoplástico que é várias vezes mais flexível do que os termoplásticos que utilizaram anteriormente. Este material permitiu-lhes formar uma fibra elástica lavável à máquina que pode esticar mais de 60 por cento sem falhar.

Fabricam o computador de fibra utilizando um processo de desenho térmico que o grupo Fibers@MIT foi pioneiro no início da década de 2000. O processo envolve a criação de uma versão macroscópica do computador de fibra, chamada de pré-forma, que contém cada microdispositivo conectado.

Esta pré-forma é pendurada num forno, degolada e puxada para baixo para formar uma fibra, que também contém baterias de iões de lítio incorporadas para se poder alimentar a si própria.

Técnica de entrançamento

Uma vez fabricado o computador de fibra, os investigadores utilizam uma técnica de entrançamento para cobrir a fibra com fios tradicionais, como poliéster, lã merino, nylon e até seda.

Para além de recolher dados sobre o corpo humano através de sensores, cada computador de fibra incorpora LEDs e sensores de luz que permitem que várias fibras de uma peça de vestuário comuniquem entre si, criando uma rede têxtil capaz de efetuar cálculos. Cada computador de fibra também inclui um sistema de comunicação Bluetooth para enviar dados sem fios para um dispositivo como um smartphone, que pode ser lido por um utilizador.

Os investigadores tiraram partido destes sistemas de comunicação para criar uma rede têxtil, cosendo quatro computadores de fibra numa peça de vestuário, um em cada manga. Cada fibra executou uma rede neural independente que foi treinada para identificar exercícios como agachamentos, pranchas, círculos de braços e lunges.

No futuro, os investigadores pretendem utilizar a técnica de interposição para incorporar outros microdispositivos.

Referência da notícia

Nikhil Gupta, Henry Cheung, Syamantak Payra, Gabriel Loke, Jenny Li, Yongyi Zhao, Latika Balachander, Ella Son, Vivian Li, Samuel Kravitz, Sehar Lohawala, John Joannopoulos & Yoel Fink. A single-fibre computer enables textile networks and distributed inference. Nature (2025).