想象一下，把一台能跑模型的计算机穿在身上是一种什么体验？它不仅能全天候监测健康状况和身体活动，还能预测健康风险，这听起来像是科幻电影中的场景，但麻省理工学院的研究人员已经将其变成现实。
近期，他们开发出一种外观类似弹性纤维的自主可编程计算机，可以实时监测（穿戴者）健康状态和身体运动，并提醒潜在的健康风险。
据研究人员介绍，这种纤维计算机衣物穿着舒适，穿在身上几乎没有不适感，而且它还能机洗。目前，这项研究成果已经发表在Nature上。
（来源：Nature）
与传统的“可穿戴设备”（通常局限于身体的单一点位，比如胸部、手腕或手指）不同，这种衣物（纤维计算机）能大面积接触身体，接近重要器官，为更全面地监测人体生理和健康状态提供了前所未有的机会。
“我们的身体通过皮肤以热量、声音、电势、生化信号等形式，每秒向外传输数千兆字节的数据，这些数据蕴含着我们的活动、情绪和健康信息。遗憾的是，这些数据信号绝大多数（几乎是全部）都被衣服吸收并丢失了。因此我们在想，为何不直接利用衣服来捕捉、分析、存储并传送这些重要的健康信号呢。”这篇论文的通讯作者、麻省理工学院材料科学与工程教授 Yoel Fink 解释说。
这种纤维计算机内置一系列微型设备，包括传感器、微控制器、蓝牙模块、光通信组件、数字存储器以及电池等，并将所有必要的部件整合在一根弹性纤维中。
每台可独立编程的纤维计算机运行着一个机器学习模型，该模型经过训练并用于自动识别穿戴者的运动，前期实验显示平均准确率可达到 70%。研究人员将四根这种纤维计算机分别嵌入到上衣和裤子中，每根纤维沿着四肢延伸。他们通过实验发现，将各个纤维计算机进行互联后，它们的整体准确率提升至近 95%
“在不久的将来，这种可穿在身上的‘光纤计算机’能随时随地运行应用程序，不仅可以帮助我们理解并预防健康问题，还将在日常生活中提供健康管理服务。”Fink 表示，“我们很期待在即将到来的一项任务中提前感受这一未来场景，让‘光纤计算机’在极其恶劣的环境中保护研究人员的安全。”
据研究人员介绍，一个跨国团队将在北极进行为期一个月的研究任务（Musk Ox II），在平均气温零下 40℃ 的环境下行程长达 1,000 公里。他们开发的数十件内置光纤计算机的衬衫将为参与该任务的成员提供实时健康和活动信息监测。
这篇研究论文的合作者还包括麻省理工学院材料科学与工程研究生 Nikhil Gupta、Henry Cheung；麻省理工学院物理学 Francis Wright 讲席教授 John Joannopoulos；斯坦福大学研究生 Syamantak Payra，以及其他来自罗得岛设计学院和布朗大学的研究人员。
光纤计算机集成到衣物中
实际上，这种光纤计算机的开发建立在 RLE Fibers@MIT 实验室十多年的研究成果基础之上。在此前的研究中，团队成员展示了将半导体器件、光学二极管、存储单元、弹性电触点和传感器集成到可制成织物和衣服纤维中的方法。
“但由于制造方法的限制，我们在提升集成到光纤中的设备复杂性方面遇到了瓶颈，所以我们不得不重新思考整个设计流程。同时，我们希望它具备弹性和柔韧性，与传统面料的特性相匹配。”Gupta 表示。
研究人员面临的挑战之一，是圆柱形光纤与平面芯片之间的不匹配问题。换句话说，给每个平面微器件外部的小导电区域（焊盘）连接电线难度很大，而且容易出现故障，因为复杂的微器件焊盘众多，很难找到足够空间来可靠连接每根导线。
在这项新研究中，他们使用一种名为“中介层”的柔性电路板，将每个微器件的二维焊盘按三维结构布局对齐映射，然后将其卷成一个圆柱体，他们将这种设计方式称为“maki”；紧接着，他们在“maki”卷的侧面连接四根独立导线，并将所有组件连接在一起。
“这一进展对于我们来说至关重要，因为这让我们能将功能更强大的计算元件（比如微控制器和蓝牙传感器）集成到光纤中。”Gupta 解释说。
值得一提的是，这种多功能折叠技术可以应用于多种微电子设备，赋予它们更多新的功能。研究人员希望也希望借助这种技术集成更多微电子器件。
图｜单根弹性光纤包含一系列微型设备（来源：MIT News）
除此之外，研究人员用一种新型热塑性弹性体来制造这种光纤计算机，其柔韧性是之前所用热塑性塑料的数倍。这种材料让他们能制造出可机洗、弹性好的纤维，拉伸超过 60% 也不会损坏。
研究团队采用 Fibers@MIT 团队早先开创的“热拉工艺”来制造光纤计算机。借助该工艺，他们首先制作光纤计算机的宏观版本（预制棒），将每个连接好的微设备都包含其中；接下来，把预制棒挂在高温炉里熔化并拉伸，制成的纤维中还嵌入了锂离子电池，使其能够自行供电。
“前团队成员 Juliette Marion 找到了制造弹性导体的方法，即便拉伸纤维，导体也不会断裂。如此一来，我们在拉伸纤维时仍可保持功能，这一点对于针织等工艺以及普通服装制作都非常关键。”Gupta 表示。
通过这种方法，研究人员不仅解决了复杂设备集成的问题，还提高了光纤的柔韧性和耐用性，使其更适合日常穿着的应用场景。
光纤计算机制造完成后，研究人员使用编织技术将其覆盖在传统纱线中，比如聚酯纤维、羊毛、尼龙，甚至是丝绸等。
（来源：MIT News）
除了用传感器收集人体数据之外，每台光纤计算机还集成了 LED 和光传感器，让一件衣服中的多根光纤可以相互通信，形成一个可执行计算的纺织网络。
同时，每台光纤计算机配备蓝牙通信系统，可将数据无线传输到智能手机等设备上以方便穿戴者查看。
研究人员利用这些通信系统，通过将四根光纤计算机缝入一件衣物中（每个袖子一根）来创建一个纺织网络，每根光纤都运行独立的神经网络，经过训练识别深蹲、平板支撑、手臂环绕和弓步等一系列动作。
图｜一台正在运行的光纤计算机（来源：MIT News）
“我们发现，当光纤计算机位于单个肢体（手臂或腿）上时，其识别人体活动的准确率只有大约 70%。但当位于四个肢体上的光纤协同运作时，整体准确率达到近 95%。这表明了在多个身体区域部署光纤计算机并形成（无需电线连接的）网络的重要性。”Fink 指出。
在北极进行实地试验
今年 2 月，一支由多国成员组成的团队将踏上一段非凡的旅程：在北极进行为期 30 天、行程长达 1,000 公里的探险。
这支队伍配备了麻省理工学院开发的这种新型“计算织物”，不仅有助于保障队员的人身安全，还将为未来的生理“数字孪生”模型的开发打下基础。
Musk Ox II 项目指挥官、美国陆军少校 Mathew Hefner 表示，“作为一名拥有十多年北极行动经验的领导者，我最关心的问题之一就是如何保护团队免受寒冷天气带来的伤害，毕竟，这是极端寒冷环境下操作人员面临的主要威胁。”
（来源：MIT News）
“传统系统无法提供完整的状况图景。此次，我们会全天候穿着这种‘计算织物’，以帮助我们更好地理解身体对极端寒冷的反应，预测和预防受伤。” 他进一步解释道。
麻省理工学院开发的这种可编程计算织物技术，被美国陆军环境医学研究所高级研究科学家 Karl Friedl 誉为“日常生活的变革性技术”。
“想象一下，在不久的将来，织物和服装中的光纤计算机能够感知并响应环境和个人生理状态，提升舒适度和活动表现，实时健康监测，还能抵御外部威胁。除此之外，通过与使用预测生理模型和任务相关工具的 AI 整合，可进一步提高在恶劣环境中的生存能力。”Friedl 表示。
目前，这项技术不仅仅停留在实验室里，它已经在实际应用中展示了其潜力，正如 Fink 所说的那样，传统纤维织物与计算和机器学习的融合才刚刚起步。
“我们不仅通过研究和实地测试来探索这一令人兴奋的未来，还在麻省理工学院材料科学与工程系‘计算织物’的课程中进行了深入探讨。这门课由罗得岛设计学院的 Anais Missakian 教授共同授课，旨在激发下一代创新者对这一领域的研究兴趣。”他说道。
https://news.mit.edu/2025/fiber-computer-allows-apparel-to-run-apps-and-understand-wearer-0226
