پژوهشگران دانشگاه «سوچو» در چین موفق به ساخت نوعی پارچه هوشمند با نام A-Textile شدهاند که میتواند لباسهای روزمره را به ابزارهایی برای کنترل وسایل خانه و تعامل با هوش مصنوعی تبدیل کند.
به گزارش تکناک، این پارچه قادر است فرمانهای صوتی را تنها با استفاده از بارهای الکترواستاتیکی ایجادشده در هنگام صحبت تشخیص دهد و بدون نیاز به حسگرهای سخت یا میکروفونهای حجیم، نقش یک میکروفون انعطافپذیر و بدون باتری را ایفا کند.
دانشمندان در سراسر جهان برای سالها در تلاش بودند تا لباسهایی بسازند که بتوانند با محیط اطراف ارتباط برقرار کنند، اما بیشتر نمونههای قبلی با مشکل وزن زیاد و ساختار غیرمنعطف روبهرو بودند. با وجود این، پروژه A-Textile این محدودیتها را برطرف کرده و راهی تازه برای هوشمندسازی پوشاک ارائه داده است.
اساس عملکرد این پارچه هوشمند بر پدیدهای علمی به نام اثر تریبوالکتریک متکی است؛ زمانی که دو سطح با هم تماس پیدا میکنند و از هم جدا میشوند، بارهای الکترواستاتیکی کوچکی تولید میشود. این بارها در A-Textile هنگام حرکت طبیعی بدن یا لرزش ناشی از صدا شکل میگیرند و سپس به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میشوند. این سیگنالها بهقدری دقیق هستند که میتوانند تفاوت میان کلمات و حتی نجواها را تشخیص دهند.
تیم تحقیقاتی برای دستیابی به چنین حساسیتی، از نانوگلهای سولفید قلع (SnS₂) در لایهای از لاستیک سیلیکونی استفاده کردهاند تا توان جذب بارهای الکتریکی افزایش یابد. زیر این لایه، پنبه کربنیشده قرار دارد که بارهای تولیدشده را ذخیره میکند. این ساختار چندلایه باعث شده است که پارچه بتواند لرزشهایی با شدت بسیار کم را تشخیص دهد و خروجی تا ۲۱ ولت با حساسیت ۱٫۲ ولت بر پاسکال تولید کند.
(a) طرح شماتیکی که نشان میدهد A-Textile مجهز به DL میتواند بهصورت یکپارچه در پوشاک ادغام شود و برای کنترل صوتی دستگاههای IoT، دسترسی به اطلاعات ابری و گفتوگو با ChatGPT بهکار رود. (b) تصویر واقعی از لباس مجهز به A-Textile برای درک صدا. مقیاس: ۴ سانتیمتر. (c) تصویر واقعی از A-Textile توسعهیافته (ابعاد: ۳٫۳ سانتیمتر در ۳٫۳π سانتیمتر). مقیاس: ۲ سانتیمتر. (d) تصویر واقعی که انعطافپذیری A-Textile را نشان میدهد. مقیاس: ۲ سانتیمتر. (e) طرح شماتیکی که فرایند استفاده از A-Textile مجهز به DL را برای کاربردهای خانه هوشمند، ناوبری GPS و ارتباط با برنامههای چتبات مولد (مانند ChatGPT) نشان میدهد. (f) ساختار نهایی مدل ۲D CNN پس از بهینهسازی. (g) نمایش شماتیکی از ساختار لایهبهلایه این پارچه هوشمند. (h) نمایش شماتیکی از اصل عملکرد A-Textile بدون تماس.
از آنجا که پارچه هوشمند A-Textile نرم، منعطف و قابل شستوشو است، میتوان آن را در لباسهای روزمره مانند پیراهن، کت یا یونیفرم دوخت و بدون هیچ وسیله اضافی از آن برای کنترل وسایل هوشمند یا دستیارهای دیجیتال استفاده کرد.
پژوهشگران برای درک و تحلیل فرمانهای صوتی، یک مدل یادگیری عمیق (Deep Learning) طراحی کردهاند، که سیگنالهای دریافتی از پارچه را تفسیر و آنها را به دستورهای قابل اجرا تبدیل میکند. به این ترتیب، زمانی که فرد صحبت میکند، پارچه صدا را به سیگنال الکتریکی تبدیل میکند، آن را به تلفن همراه یا رایانه ارسال مینماید و هوش مصنوعی متصلشده وظیفه اجرای فرمان را برعهده میگیرد.
این سیستم در آزمایشها توانست، فرمانهای صوتی را حتی در محیطهای شلوغ و پر سروصدا با دقت ۹۷٫۵ درصد شناسایی کند. به گفته پژوهشگران، A-Textile میتواند به صورت مستقیم با ChatGPT نیز ارتباط برقرار کند؛ کاربر کافی است با لباس خود صحبت کند و بپرسد «هوای امروز چطور است؟» یا «متاورس چیست؟» تا پاسخ را از هوش مصنوعی دریافت نمایید.
تیم توسعهدهنده در مرحله آزمایشی نشان داد که این پارچه میتواند در کنترل وسایل هوشمند خانگی مانند روشن و خاموش کردن چراغها یا تنظیم دمای کولر نقش داشته باشد. علاوه بر این، با اتصال به Google Maps امکان دریافت مسیرها از طریق گفتار فراهم شد و کاربران توانستند از ChatGPT برای گرفتن دستور تهیه نوشیدنی یا برنامه سفر استفاده کنند.
هرچند A-Textile نخستین تلاش برای ایجاد پارچههای صوتی نیست، اما موفق شده است بسیاری از محدودیتهای گذشته را پشت سر بگذارد. نمونههای پیشین مانند پارچه صوتی MIT در سال ۲۰۲۲ و ترکیب پیزوالکتریک «وانگ» در سال ۲۰۱۹ نیز قادر به تشخیص صدا بودند، اما برای کارکرد مناسب نیاز به ساختارهای سخت و سنگین داشتند و سیگنالهای ضعیفی تولید میکردند. در مقابل، A-Textile با بهرهگیری از نانوگلهای SnS₂ حساسیت بالاتری ارائه میدهد و امکان تشخیص صوتی بدون تماس فیزیکی را آن هم در پارچهای سبک و قابل شستوشو فراهم میکند.
به باور کارشناسان، این فناوری در پارچه هوشمند A-Textile میتواند آینده ارتباط انسان و ماشین را متحول کند. لباسهای دارای Voice-AI قادر خواهند بود به کارگران در محیطهای خطرناک کمک کنند، برای سالمندان یا افراد دارای معلولیت کنترل وسایل را آسانتر سازند و تعامل انسان با هوش مصنوعی را به طبیعیترین شکل ممکن برسانند.
