Quên Silicon. Máy Tính Này Được Làm Từ Chất Liệu Vải năm 2025

Dan Preston đăng nhập vào cuộc gọi video của chúng ta trong một chiếc áo sơ mi trắng trẻ trung và lịch sự. Phong cách cá nhân của anh có thể hơi truyền thống, nhưng kỹ sư cơ khí của Đại học Rice đang ở đây để kể cho tôi về thiết kế thời trang sáng tạo mới của mình. Đội của anh đã tạo ra một chiếc áo khoác đen bóng có thể thực hiện các phép toán logic—mà không cần điện tử. Cụ thể, chiếc áo có thể nâng và hạ mũ bảo hiểm của nó chỉ bằng một nút nhấn, và nó chứa một bộ nhớ 1-bit đơn giản lưu trữ trạng thái của mũ bảo hiểm. Hoặc, như Preston nói, đó là “một hệ thống logic bền vững không điện tử trên thiết bị dựa trên vải.”

Ở đây, chúng ta cần nhấn mạnh sự điên đảo của thiết kế này. Chiếc áo hoodie này không chứa Arduino hoặc bất kỳ vi mạch bán dẫn nào. Nó không có pin. Preston và đội của anh đã cắt các mảnh vải taffeta nylon thương mại và dính chúng lại để tạo ra túi hơi có kích thước khoảng một nửa chiếc thẻ visit. Kết nối túi hơi với ống mềm nhỏ, họ đã nhúng chúng vào chiếc áo khoác. Nhấn các nút trên áo điều khiển luồng khí từ một bình CO2 qua các túi hơi. Các túi hơi gập và mở ra để tạo ra các nếp gấp có thể làm phồng hoặc làm phẳng một túi khí trong mũ bảo hiểm để làm nó nâng lên và rơi xuống.

Ở cái nhìn đầu tiên, chiếc áo khoác dường như giống hơn một cái lốp xe đạp hơn là một máy tính. Nhưng bạn có thể nghĩ đến các túi chứa khí trên chiếc áo như là các bóng bán dẫn điện tử, theo lời Preston. Trong một mạch điện tử, bóng bán dẫn kiểm soát dòng electron hoặc dòng điện dựa trên điện áp trong mạch. “Chúng tôi chỉ đơn giản thay thế điện áp bằng áp suất, và thay thế dòng điện bằng sự chảy của một chất lỏng, đó là không khí trong trường hợp này,” anh ấy nói.

Ví dụ, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một cổng NOT dựa trên khí. Trong một mạch điện tử, cổng NOT nhận một số đầu vào—chẳng hạn như 1, tương ứng với điện áp cao—và chuyển đổi nó thành 0 hoặc điện áp thấp. Trong trường hợp của chiếc áo hoodie, không khí vào túi có thể ở áp suất cao, và túi có thể chuyển đổi nó thành áp suất thấp hoặc ngược lại. Công nghệ này xuất phát từ các ứng dụng quốc phòng thời Chiến tranh Lạnh, khi kỹ sư thiết kế các thiết bị logic dựa trên không khí vì đối thủ không thể can thiệp vào chúng bằng xung điện từ.

“Tôi thực sự rất vui khi thấy mọi người đang phát triển mạnh mẽ hơn so với biên giới tiên tiến trong lĩnh vực đồ công nghệ mang được,” nói kỹ sư cơ khí Michael Wehner của Đại học Wisconsin-Madison, người không tham gia vào công việc. Việc sử dụng vải và logic dựa trên không khí, còn được biết đến với tên gọi logic khí nén, của nhóm nghiên cứu là đặc biệt mới mẻ. Các đồ đeo, như Fitbit và Apple Watch, thường “là sự điều chỉnh khiêm tốn của các thiết bị truyền thống,” theo Wehner.

Chiếc áo này thuộc loại “robot mềm,” đó là các máy tự động, có thể lập trình được làm từ vật liệu linh hoạt như cao su, silicone hoặc vải. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu thiết kế robot mềm để có thể làm việc cùng con người. Chúng thường di chuyển với độ chính xác ít hơn so với các đối tác kim loại cứng của chúng, nhưng chúng có một cử chỉ nhẹ nhàng hơn. “Nếu bạn đang làm việc và một con robot [cứng] đụng vào bạn, bạn sẽ phải đến bệnh viện nếu bạn may mắn,” Wehner nói. “Nếu một con robot mềm—chiếc bao khí này—đụng vào bạn, mọi người cười và có một khoảnh khắc vui vẻ.”

Nói cách khác, robot mềm sẽ dễ tích hợp vào hoạt động hàng ngày của con người một cách dễ dàng và an toàn hơn. Vì các yếu tố logic của Preston được làm từ vải, chiếc áo khoác thông minh cảm giác giống như một chiếc áo thông thường hơn là một chiếc áo đầy điện tử hoặc các thành phần cứng khác. “Người ta dễ dàng thích nghi với nó mà không cảm thấy như đang mặc một thứ gì đó lạ lùng,” nói kỹ sư cơ khí Wenlong Zhang của Đại học Arizona State, người không tham gia vào công việc.

Hơn nữa, một máy tính từ vải còn chống chọi hơn so với máy tính dựa trên bán dẫn. Để kiểm tra tính bền của chiếc áo, nhóm đặt một thành phần làm từ một số túi vải trong một chiếc túi lưới và đưa nó qua máy giặt 20 lần. Họ cũng chạy qua nó bằng chiếc xe tải pickup Toyota Tacoma 2002—các tình huống “mà bạn có thể mong đợi một chiếc áo truyền thống sẽ gặp ở một số điểm cực đoan trong suốt cuộc đời của nó,” Preston nói. Những túi vẫn hoạt động. Hãy tưởng tượng làm điều đó với một chiếc Apple Watch.

Mặc dù chiếc áo lớn phần là một bản chứng minh về khả năng thực hiện của logic dựa trên quần áo, nhóm cũng tưởng tượng nó có thể giúp đỡ những người khuyết tật gặp khó khăn trong việc nâng hoặc hạ nón. Ngoài chiếc áo, họ còn làm một chiếc áo sơ mi có thể giúp người khác nâng cánh tay tại khớp vai. Chiếc áo chứa túi khí trên thân dưới bắp tay. “Lên đến một phần tư số người ở Hoa Kỳ báo cáo một số khó khăn khi nâng một vật nặng 10 pounds,” Preston nói.

Để tạo mẫu chiếc áo khoác, nhóm đã mua 100 mét vải nylon để làm việc. Có vẻ như là một lượng lớn vải, nhưng nhà cung cấp thường muốn bán ít nhất một cây số mỗi lần, nói Vanessa Sanchez, nhà khoa học vật liệu tại Stanford, là thành viên của nhóm của Preston. Họ không quen với nhu cầu nhỏ bé của các nhà nghiên cứu. “Thường người ta nói, ‘Ồ, số lượng của bạn quá thấp,’” Sanchez nói. “Đây là một thách thức thực tế. Chúng tôi có thể có được một thứ hoạt động rất tốt, nhưng chúng tôi chỉ có thể có được một mẫu mỗi vài tháng. Tôi [phải] gọi họ năm lần và van xin.”

Nhưng nhóm hy vọng có thể mở rộng sau này. Preston nói họ đang ở giai đoạn đầu của việc thành lập một công ty để đưa công nghệ này đến tay người tiêu dùng. Họ cũng muốn kiểm tra tính an toàn của những chiếc áo này trong các thử nghiệm lâm sàng để mọi người có thể sử dụng chúng trong các cài đặt y tế.

Đến nay, logic mà chiếc áo có thể thực hiện là đơn giản. Nhưng nhóm của Preston đã thiết kế các thành phần để các thiết bị trong tương lai có thể kết hợp chúng theo trình tự để thực hiện các nhiệm vụ tính toán phức tạp hơn. Ví dụ, một chiếc áo khoác trong tương lai có thể chứa một cảm biến nhiệt độ, và chiếc áo có thể tích hợp đo lường cảm biến đó vào các hành động của mình. “Chúng tôi có thể mô phỏng bất kỳ chức năng nào của một máy tính điện tử,” Preston nói. “Dĩ nhiên, có thể sẽ mất một chút thời gian để làm điều đó, nhưng về cơ bản là khả thi.”

Chiếc áo khoác hiện tại có thể thực hiện một phép toán logic mỗi giây, so với hơn một tỷ phép toán mỗi giây là điển hình của một máy tính gia đình, theo Preston. Trong thực tế, điều này có nghĩa là chiếc áo chỉ có thể thực hiện các chuỗi lệnh ngắn. Do tốc độ của logic, cùng với một số thách thức kỹ thuật khác, Zhang nói rằng ông nghĩ sẽ mất năm đến 10 năm nữa để những robot dựa trên vải này đạt đến sự chín muồi thương mại.

Trong tương lai, nhóm của Preston dự định loại bỏ bình xịt carbon dioxide, điều không thực tế. (Bạn phải nạp lại nó giống như bạn sẽ làm với một SodaStream.) Thay vào đó, nhóm của ông muốn chỉ sử dụng không khí xung quanh để bơm phồng chiếc áo. Là một dự án riêng biệt, nhóm đã phát triển một đế giày bọt cho một đôi giày bơi không khí xung quanh khi người mang đi bước. Họ dự định tích hợp một thiết kế tương tự vào chiếc áo khoác.

Preston cũng tưởng tượng về trang phục có khả năng cảm nhận và phản ứng theo nhu cầu của người mang. Ví dụ, một cảm biến trên một chiếc áo trong tương lai có thể phát hiện khi người mặc bắt đầu nâng tay và phồng mà không cần nhấn nút. “Dựa trên một số kích thích từ môi trường và trạng thái hiện tại, hệ thống logic có thể cho phép robot có thể chọn làm gì,” ông nói. Chúng tôi sẽ đợi xem xu hướng thời trang này sẽ phát triển như thế nào.