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光纖計算:下一場工業(yè)革命
來源:未知 日期:2018-10-08 點擊:次
美國先進功能性織物聯(lián)盟(AFFOA)的使命是實現(xiàn)以制造業(yè)為基礎(chǔ)的革命——我們可以稱之為“工業(yè)5.0”——將傳統(tǒng)的纖維、紗線和紡織品轉(zhuǎn)化為高度復(fù)雜的集成和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和系統(tǒng)。在最近的一次談話中,該組織的首席營銷官Eric Spackey解釋道。
作為美國國家制造創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)(NNMI)研究所的一名成員,美國先進功能織物聯(lián)盟(AFFOA)是一家總部設(shè)在麻省理工學(xué)院(MIT)的非盈利機構(gòu)。它的首席執(zhí)行官Yoel Fink博士也是麻省理工學(xué)院電子研究實驗室的教授和前任主任。其首席營銷官Eric Spackey也是位于波多黎各的一家軍事服裝制造商藍水防務(wù)(Bluewater Defense)公司的總裁兼首席執(zhí)行官。他們與領(lǐng)導(dǎo)團隊的其他成員一起推動光纖設(shè)備的發(fā)展,時任奧巴馬政府認(rèn)為這一技術(shù)對美國纖維和紡織制造業(yè)的未來至關(guān)重要。AFFOA的部分資金來自美國政府,但也籌集了近3.4億美元的直接投資和成本分?jǐn)偅源_保其工作在啟動階段之外繼續(xù)進行。
“大多數(shù)人并不認(rèn)為麻省理工學(xué)院是一個與紡織業(yè)有關(guān)的機構(gòu),”Spackey說。“他們曾經(jīng)有一個重要的纖維和紡織品項目,考慮到像洛厄爾和勞倫斯這樣強大的紡織城市,但在20世紀(jì)60年代,隨著重點轉(zhuǎn)向生物工程,紡織品的研究顯著減少。今天,它以新發(fā)現(xiàn)的形式在麻省理工學(xué)院重新出現(xiàn),從而創(chuàng)造了“光纖設(shè)備”。這意味著,在纖維或線秤上,我們可以合并設(shè)備——你甚至可以說,處理像電腦信息的能力——包裹在纖維中,像普通纖維一樣把它抽出來,放進織物里。這就是下一代織物。”
Spackey將這些發(fā)展歸類為下一代工業(yè)革命——工業(yè)5.0。他說:“在過去的幾千年里,紡織品基本上都沒有改變過,而且它們一直被選為外觀和感覺以保護環(huán)境,而不是高科技的功能。” 來自電信行業(yè)的Spackey看到了通訊技術(shù)和織物之間的融合。“現(xiàn)在有了云計算基礎(chǔ)設(shè)施,”他解釋說,“你可以考慮從這些紡織品中創(chuàng)建應(yīng)用程序。通過麻省理工學(xué)院的Fink博士,一位纖維研究物理學(xué)家,我們意識到我們可以把這些纖維變成下一種通信方式。”
作為該組織工作的一部分,它正在幫助建立一些織物發(fā)現(xiàn)/原型設(shè)施(FDCs),其中一個位于馬薩諸塞州洛厄爾市的后院。這是當(dāng)時的一家紡織廠動力室。“這很酷,你在外面有一個舊的磚廠,但里面是制造業(yè)的未來,” Spackey說。“我們正在從內(nèi)到外振興紡織工業(yè)。”
Spackey指出,該組織的一個重要任務(wù)是對工業(yè)和公眾進行教育,了解下一場工業(yè)革命帶來的可能性。“FDCs將在這里發(fā)揮關(guān)鍵作用。”他說:“在FDCs和麻省理工學(xué)院之間,我們接待了一些知名的技術(shù)高管,他們將幫助我們推動這場革命。即使在那里,教育也是必需的。一位計算機主管問道,‘但是硬件在哪里?’‘嗯,真的沒有。’這是一種全新的計算包裝概念。但這個問題凸顯出,即使在創(chuàng)新的科技領(lǐng)袖中,也需要一種不同的思維方式。”
當(dāng)然,摩爾定律以戈登·摩爾命名,他是仙童半導(dǎo)體和英特爾公司的聯(lián)合創(chuàng)始人之一,1965年的一篇論文發(fā)表預(yù)測,在高密度集成電路的晶體管數(shù)量每年將增長一倍,后來修改每兩年,投影,經(jīng)受住了時間的考驗。有時,所引用的時間是18個月,這是越來越快的晶體管的影響。他在1965年發(fā)表的一篇論文中指出,高密度集成電路中的晶體管數(shù)量每年將翻一番,之后每兩年修訂一次,這一預(yù)測經(jīng)受住了時間的考驗。有時,所引用的時間周期是18個月,這是越來越快的晶體管的影響。
“我們已經(jīng)開發(fā)了光纖的摩爾定律,” Spackey說。“它以前不存在,而且它確實正在發(fā)生。我們可以看到在容量和能力上的軌跡,但是有一個更清晰的曲線,因為我們在開發(fā)過程中是如此的新,以至于事情發(fā)生的速度超過了18個月。因為這是一個新的技術(shù)處女地,我們看到的產(chǎn)能和能力每90天就會增加一倍。”
Spackey讓我們思考一下,把電腦的所有基本原理都放在一個線程里,以及它能對你的衣服、汽車座椅或其他材料上的任何設(shè)備產(chǎn)生什么影響。
“這是下一個轉(zhuǎn)變,就像移動性一樣,”他說。他將其與電信行業(yè)發(fā)生的事情相提并論,這是他作為最終成為T-Mobile的一部分所經(jīng)歷的一場革命——從一個想法的核心發(fā)展到美國最大的移動電話運營商之一。 “我看到的事情和30年前的電信一樣,發(fā)生了同樣的事情。”他說:“我們正在建立一個生態(tài)系統(tǒng),使我們能夠用纖維計算從一個想法變成一個產(chǎn)品,而不僅僅是一個部門或一個群體,而是在所有的行業(yè)——醫(yī)療保健、建筑面料、服裝、汽車工業(yè),每個行業(yè)都有不同的用途。你可以看到它正在發(fā)生,這取決于我們的想象力去思考技術(shù)的使用地點和方式。”
Spackey很快解釋說,這并不意味著把電線放在織物上。“纖維本身就是設(shè)備,”他解釋說。“材料可以包括光敏二極管、晶體管和接收器。這是一種新的包裝形式,將徹底改變微電子工業(yè)。這是我們在有生之年看到的電子行業(yè)最大的變化。”
這些變化正在迅速發(fā)生。今年7月,美國國防部高級研究計劃局(DARPA)在其電子復(fù)興計劃(ERI)下五年投資15億美元以上以在電子行業(yè)引進創(chuàng)新,并宣布了來自學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的研究團隊探索靈活架構(gòu)的發(fā)展,旨在能夠使用專門的硬件來解決特定的計算問題,而且更快速,也更有效。今年3月,IBM宣布開發(fā)了一款300 x 300微米的計算機,其處理能力為8086(還記得IBM計算機嗎?)這是一粒鹽的大小。今年6月,密歇根大學(xué)宣布了一臺100 x 100微米的電腦。
“這改變了你對處理器的看法,以及它是如何設(shè)置的,”Spackey繼續(xù)說道。“它不再是一個電路板。我們可以改變電路板的整個概念。它不再像芯片那樣平坦了。它甚至可以是方形的,只要我們能把它拉成纖維。它是包裹著的;它是防水的,也是靈活的。我們已經(jīng)證明了這個概念。”
Spackey引用了一個早期的LiFi通信的例子,它使用的光纖可以通過LED燈進行通信,調(diào)節(jié)燈光來創(chuàng)造比特和字節(jié)的信息。“通過對LED燈的調(diào)制,你可以有一根纖維,連接到一個小的控制板和耳塞,實際上是播放音樂,或者你可以穿過一個建筑,體驗一個人對你說話。想想一個博物館,在那里,每一幅畫的光線都會傳遞關(guān)于這幅畫的信息。”
AFFOA開發(fā)的LOOKs技術(shù)平臺不需要電池;這是一個編織成織物的24位代碼。這是一個巨大的問題。他報告說,許多科技公司正在積極努力,弄清楚這一切在未來的產(chǎn)品計劃中是如何適用的。
Spackey還期待著在未來5年左右的時間里,增強現(xiàn)實眼鏡將會像現(xiàn)在的手機一樣普及,智能服裝也很常見。“想想一件夾克,”他說,“那是你用肉眼無法看到的編織圖案,但是你的手機或AR眼鏡上的二維碼閱讀器可以區(qū)分開來。”例如,你可以在參加會議時打開功能,而其他的與會者用他們的AR眼鏡可以從你的夾克上看到你的LinkedIn個人資料。分享信息將是未來的重要組成部分。”
另一個將光纖電子用于普通用途的開發(fā)是5G細胞。“目前已經(jīng)有一些關(guān)于移動汽車到一切(C-V2X)技術(shù)的發(fā)展,例如,在你還能看到它之前,讓你的車知道你在那里,這將使你的汽車能夠連接并看到周圍的世界。”
他還設(shè)想了能夠幫助我們保護的衣服。他說:“考慮一個油田工人在設(shè)備上工作。很多事情都有可能發(fā)生,而且有了智能衣服,環(huán)境就會知道你在那里。供暖和制冷是其他感興趣的領(lǐng)域。有些纖維可以吸收某些細菌,這些細菌可以感知汗液。如果它發(fā)生了,它們會導(dǎo)致材料打開纖維,然后當(dāng)你冷卻下來的時候關(guān)閉它們。它創(chuàng)造了新的排泄方式。這項工作已經(jīng)在麻省理工學(xué)院的媒體實驗室進行了。”
其他的應(yīng)用包括可以改變顏色的熱彩色纖維,可以釋放藥物的纖維或需要的清潔用品(自我清潔的衣服!),這些都是延時釋放的,可以給自己充電。
“在5到10年的時間里,” Spackey總結(jié)道,“我希望光纖計算機能得到普遍使用。它將是我們所穿的東西的一部分。你的T恤將會起作用,它將能夠告訴你的心率,或者如果你處于困境,你可以打電話給你的家人或醫(yī)療服務(wù)提供者。沒有理由在你的口袋里裝手機。你的眼鏡和你的衣服將取代移動設(shè)備。實現(xiàn)這一目標(biāo)的部分挑戰(zhàn)在于,我們必須改變我們的思維方式。重要的是要了解我們今天的位置,以及這個未來如何融入你的過程。而且,這也需要軟件開發(fā)才能發(fā)揮作用。”
Spackey和AFFOA的團隊對這個幫助發(fā)展下一代美國制造業(yè)的機會感到興奮,他們創(chuàng)造了可持續(xù)的美國就業(yè)機會。“我們的工作只是未來平臺的一部分,”他說。“這需要很多人一起工作——一個愿意合作的人會讓它發(fā)揮作用,而且它已經(jīng)開始發(fā)生了。”
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