프로그래머블 디지털 섬유: 착용 데이터 감지·저장·분석

연구자들이 셔츠에 꿰매어 입은 후 활동 감지, 저장, 분석, 추론이 가능한 디지털 기능 섬유를 만들었다. 디지털 직물은 인체 숨겨진 패턴 맥락을 밝혀내 신체 수행 모니터링, 의학적 추론, 조기 질병 탐지에 활용될 수 있다.

지금까지 전자 섬유는 아날로그였다. 연속적 전기 신호를 전달하는 것이지, 0과 1로 인코딩·처리 가능한 이산적 정보 비트를 다루는 디지털이 아니었다. 새 직물은 데이터를 디지털로 저장·처리해 직물에 새로운 정보 내용 차원을 추가하고 직물을 프로그래밍 가능하게 만들었다.

새 섬유는 수백 개 정사각형 실리콘 마이크로스케일 디지털 칩을 프리폼에 배치한 뒤 폴리머 섬유를 만드는 데 사용해 생성했다. 폴리머 흐름을 정밀 제어해 칩들 간 연속적 전기 연결을 수십 미터 길이로 만들었다. 섬유 자체는 얇고 유연해 바늘을 통과해 직물에 꿰맬 수 있고 최소 10회 세탁에도 분해되지 않는다.

디지털 섬유는 섬유 끝 한 지점에서 섬유 내 개별 요소를 제어하는 방법을 제공한다. 연구자들은 디지털 어드레싱 기법을 고안해 모든 요소를 켜지 않고 한 요소 기능만 '스위치 온' 할 수 있게 했다.

디지털 섬유는 메모리에 많은 정보를 저장할 수 있다. 연구자들은 767킬로비트 풀컬러 단편 영화 파일과 0.48메가바이트 음악 파일을 섬유에 쓰고 저장하고 읽을 수 있었다. 파일은 전원 없이 두 달간 저장 가능하다.

섬유는 1,650개 연결 신경망을 섬유 메모리에 포함시켜 인공지능 쪽으로도 몇 걸음 나아갔다. 셔츠 겨드랑이 둘레에 꿰맨 후 착용자 체표 온도 데이터 270분 수집해 여러 신체 활동과 어떻게 대응되는지 분석했다. 이 데이터로 훈련된 섬유는 착용자가 어떤 활동 중인지 96% 정확도로 판단했다.

AI 구성요소를 섬유에 추가하면 가능성 더 커진다. 디지털 구성요소 직물은 시간 경과에 따른 신체 전반 정보 수집 가능, 이런 풍부한 데이터는 머신러닝 알고리즘에 완벽하다. 이런 직물은 새로운 신체 패턴 추출을 위한 양질의 오픈소스 데이터를 제공할 수 있다.

이런 분석 능력으로 섬유는 언젠가 호흡 저하나 불규칙 심박 같은 건강 변화를 실시간으로 감지해 경고하거나, 운동선수 훈련 중 근육 활성화나 심박 데이터 전달할 수 있을 것이다. 섬유는 작은 외부 장치로 제어되므로 다음 단계는 섬유 자체 내 연결 가능한 마이크로컨트롤러 새 칩 설계다.