علماء يبتكرون ملابس تراقب صحتك

طور فريق من العلماء بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، جهاز كمبيوتر مستقل وبرمجي مدمج داخل ألياف مرنة، ما يمهد الطريق لأقمشة ذكية يمكن أن تحدث ثورة في كيفية التفاعل مع التكنولوجيا ومراقبة الصحة.

يتم نسج ألياف الكمبيوتر هذه مباشرة في الملابس على عكس الأجهزة القابلة للارتداء التقليدية كالساعات الذكية أو أجهزة تتبع اللياقة البدنية التي تقتصر على نقطة واحدة في الجسم، وهذا يسمح لها بتغطية مساحات أكبر من الجسم، مما يوفر فهماً أكثر شمولاً لفسيولوجيا الإنسان، كما أن هذه الألياف، التي تكاد تكون غير محسوسة لمن يرتديها، قابلة للغسل ما يجعلها عملية للاستخدام اليومي.

وتوجد ألياف مرنة واحدة في قلب هذا الابتكار تحتوي على جميع مكونات الكمبيوتر، منها أجهزة استشعار ووحدة تحكم دقيقة وذاكرة رقمية ووحدات بلوتوث وأنظمة اتصالات بصرية وحتى بطارية، كما يتيح هذا التصميم المدمج للألياف أليافاً مرنة واحدة تحتوي على جميع مكونات الكمبيوتر ونقلها بسلاسة.

قام الباحثون في التجارب، بتضمين 4 من هذه الألياف في قميص وسروال، ووضعوها على طول كل طرف، حيث قامت كل واحدة من الألياف بتشغيل نموذج تعلم آلي مستقل تم تدريبه على تمارين محددة مثل القرفصاء والاندفاع والبلانك.

بينما حققت الألياف الفردية دقة تبلغ نحو 70 في المائة، ارتفعت دقتها الجماعية إلى ما يقرب من 95 في المائة عندما سمح لها بالتواصل بعضها مع بعض.

يقول يوئيل فينك، المؤلف الرئيسي للدراسة: 'أجسادنا تبث غيغابايتات من البيانات كل ثانية عبر الجلد، كالحرارة والصوت والإشارات الكيميائية الحيوية والإمكانات الكهربائية والضوء'.

وأضاف: 'تحمل جميعها معلومات قيمة عن صحتنا وأنشطتنا، لسوء الحظ، يتم فقدان معظم هذه البيانات في الملابس التي نرتديها، وماذا لو استطعنا تعليم ملابسنا على التقاط هذه المعلومات وتحليلها ونقلها؟'.

هذه الرؤية يتم اختبارها بالفعل في واحدة من أقسى البيئات على وجه الأرض. في مهمة قادمة إلى القطب الشمالي، سيتمكن أفراد من الجيش والبحرية الأميركية من ارتداء قمصان تحتية مدمجة مع ألياف الكمبيوتر هذه أثناء عبورهم مسافة 1000 كيلومتر في درجات حرارة تصل إلى -40 درجة فهرنهايت.

تهدف المهمة، التي تحمل اسم 'ماسك أوكس II' إلى توفير رؤى في الوقت الفعلي حول صحة ونشاط المشاركين، مما يساعد على منع الإصابات وتحسين السلامة في الظروف القاسية.

ويضيف فينك: 'في المستقبل غير البعيد، ستسمح ألياف الكمبيوتر بتشغيل التطبيقات والوصول إلى خدمات الرعاية الصحية مباشرة من خلال ملابسنا. نحن متحمسون لرؤية هذا المستقبل يتشكل من خلال تعاوننا مع الجيش الأميركي والبحرية'.

وشملت الاكتشافات السابقة تضمين أجهزة أشباه الموصلات والصمامات الضوئية وأجهزة الاستشعار في الألياف، ومع ذلك، واجه الفريق تحديات كبيرة في زيادة تعقيد هذه الأجهزة مع الحفاظ على المرونة والمرونة اللازمة للأقمشة القابلة للارتداء.

كان أحد التحديات الرئيسية هو عدم التطابق الهندسي بين الشكل الأسطواني للألياف والتصميم المسطح للرقائق الدقيقة التقليدية، للتغلب على ذلك، طور الباحثون تقنية جديدة تسمى تصميم 'ماكي'، حيث تستخدم لوحة توصيل مرنة لتحويل التصميم الثنائي الأبعاد للأجهزة الدقيقة إلى شكل أسطواني ثلاثي الأبعاد.

سمح هذا الابتكار بتضمين عناصر حوسبة متقدمة، مثل وحدات التحكم الدقيقة وأجهزة استشعار البلوتوث، في الألياف،كما قام الفريق بالتحول إلى مادة لدنة حرارية أكثر مرونة، مما جعل الألياف قابلة للتمدد بأكثر من 60 في المائة دون فقدان الوظائف.

سمحت هذه المادة، جنباً إلى جنب مع عملية السحب الحراري التي طورتها مجموعة Fibers@MIT، بإنشاء ألياف قابلة للغسل في الغسالة يمكن دمجها بسلاسة في الملابس اليومية.

تمتد التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا إلى ما هو أبعد من تتبع اللياقة البدنية. من خلال تضمين ألياف كمبيوتر متعددة في قطعة ملابس واحدة، أنشأ الباحثون شبكة نسيجية قادرة على إجراء حسابات معقدة، على سبيل المثال، يمكن للألياف الموجودة في أكمام القميص والسروال التواصل بعضها مع بعض، مما يعزز قدرتها على التعرف على الأنشطة وتحليلها.

يشرح فينك أنه عندما تعمل الألياف الموجودة على أطراف مختلفة بشكل جماعي، تصل دقتها في تحديد الأنشطة إلى ما يقرب من 95 في المائة. وهذا يظهر قوة الحوسبة الموزعة داخل قطعة الملابس، حيث تعمل الألياف معاً دون الحاجة إلى أسلاك أو اتصالات خارجية.

في المستقبل، يهدف الفريق إلى تضمين أجهزة دقيقة إضافية في الألياف، مما يعزز قدراتها بشكل أكبر. كما يستكشفون استخدام هذه الأقمشة الذكية في بيئات أخرى عالية المخاطر، مثل الرعاية الصحية والاستجابة للكوارث.

يمثل هذا البحث خطوة كبيرة نحو مستقبل تكون فيه ملابسنا ليست مجرد قطع سلبية، بل عنصر فاعل في صحتنا وسلامتنا، يرى هؤلاء العلماء أن التقاء الألياف والأقمشة التقليدية مع الحوسبة وتعلم الآلة قد بدأ للتو.