来自 Natue 的纺织纤维计算机

这文章不好读，差点没看懂，这个论文我的评价是整个硬活。

讨论了一种纺织纤维计算机的开发，该计算机将模拟传感、数字存储、处理和通信功能集成在一根纤维结构中。

该设备重量不足5克，即使在编织或缝入衣物中，也能执行边缘计算任务。系统使用可折叠的插层技术，将二维微设备布局映射到三维圆柱形纤维几何形状中。

从右往左看，就是用于制造光纤计算机的热拉伸工艺示意图，随后进行编织工艺。

使用漆包线来串，44 American wire gauge (AWG); 0.0023 in.; Remington。

就还挺耐拉

它结合了八个微设备，包括32位微控制器、传感器（加速度计、温度、光线和光电容积脉搏波传感器）、无线通信组件，所有这些都嵌入在一根可机洗的弹性纤维中。

组件还是比较复杂的

采用折叠式插入器方法将微型设备（如图所示为 MCU）的 2D 焊盘布局映射到与光纤兼容的 3D 焊盘排列。

就是把 PCB 就像盒子一样，做成一个小模块，以后会被编织在线里面。

为了克服平面微设备与圆柱形纤维之间的尺寸不匹配，使用了一种可折叠插层设计。插层包含一个双面柔性电路板，内部的电极布局与微芯片的2D布局对齐，而外部的布局则与纤维的3D几何形状匹配。折叠后的插层将微芯片包裹起来，确保铜线连接到每一面。这种设计方法可以应用于不同尺寸和封装的微设备，允许多种类型的设备组合在同一根纤维中。

把组件都分开，然后再穿

放大看

光纤计算机示意图，其中嵌入了不同类型的设备，包括传感器、用于处理和存储的 MCU 以及通信设备，通过四个电极连接形成线性 I2C 总线。此外，为了供电，光纤计算机显示与嵌入式电池光纤接口。

这些传感器通过I²C总线与微控制器（MCU）进行通信。I²C协议是一种串行总线协议，它使用较少的信号线，减少了机械故障的可能性。

IIC支持热拔插吗?(附有详细CW32 IIC协议解读） 不懂的可以看这个。

25 µm厚的聚酰亚胺基板（Polyimide）和18 µm厚的铜线

最后使用 502 粘起来小板子（真科研，我差点没认出来）

另外该纤维计算机的主要特点包括：

弹性与耐用性：纤维具有灵活性，可伸展超过60%，能够承受如拉伸、弯曲和机洗等机械应力。

嵌入式锂离子电池：

为了给纤维计算机提供电源，集成了一种非常小巧的锂离子电池，直径为3.65毫米。电池被嵌入到ECOC纤维中，采用较低的拉伸温度来防止电池在热拉伸过程中的退化。为系统提供最长6小时的电力支持。

松下的

还有更小的

低压调节器：为了将电池电压降到所需的3.3V，并驱动I²C总线，纤维计算机中集成了一个LDO（低压降调节器）来调节电压，确保稳定的电力供应。

都是 AID 的东西

特别小

无线通信：该纤维集成了两种无线通信系统：光学链路和射频通信（蓝牙低能耗 BLE）。

（还有的我觉得无所吊谓，就没有加）

蓝牙低能耗（BLE）：每个纤维计算机都集成了蓝牙低能耗模块，用于与外部设备（如手机或电脑）进行无线通信。BLE模块支持多达三个并发连接，适合低功耗应用，能够传输数据到外部显示设备。

蓝牙的好点，就是一个小组网

内存限制：每个BLE SoC支持最多三个并发连接。

也是整个系统的主控

其实只是贪图这个小封装

BLE 是 DA14531-超低功耗小体积蓝牙 5.1 片上系统 正好我写过，看来我这个选东西还是蛮骚的。

有趣的是纤维计算机还集成了光学通信模块，利用LED和光传感器通过光波导进行光学数据传输。LED的开关调制用于发送数据，光传感器接收数据。这种光学通信方法具有高噪声容忍度，适合多纤维计算机网络中进行数据传输。

每根纤维中集成：

1. 一个发光二极管（LED）用于发送信号
2. 一个光传感器（Photodiode，PD）用于接收信号

利用波导光路将一个纤维的LED发出的光导入另一个纤维的PD，完成点对点或中继传输。

通信方式采用：

1. 不需要额外时钟线
2. 对抗光学信道噪声，提升抗干扰能力
3. On-Off Keying（OOK）调制：通过LED亮/灭表示0/1

曼彻斯特编码（Manchester Encoding）：光传输速率最高达 10kHz（实验中测得），如换用带宽更高的PD，还可进一步提升速率。

因为曼彻斯特编码（用于光通信）不需要额外的时钟信号，提升了数据传输的抗干扰能力，适合在复杂的环境中使用。

光通信网络结构：

支持两总线结构（Two-Bus Topology）：一条总线用于左→右传输，另一条用于右→左

这个复杂性肯定就有了，相当于地址总线。超过四根光纤时，采用部分连接的网状网络，每个节点最多支持三个连接。

接收的光强信息

每根纤维可作为中继转发节点，通信流程：

1. 发件人 ID
2. 当前节点 ID
3. 收件人 ID
4. 数据长度和内容

A 发出光信号 → 中间节点 B 接收并转发 → C 接收

编织样品的照片，其中纬向上有三个光纤计算机，经向上由两个波导总线连接。每条波导总线由三根250微米的PMMA波导束组成，这些波导垂直落在LED/光传感器节点上。

读取的光传感器是一个完整的器件

TSL2584TSV是一款超高灵敏度的光-数字转换器，通过快速模式I²C接口可将光强度转换为数字信号输出。该器件在单一CMOS集成电路上集成一个宽带光电二极管（可见光+红外）、一个红外响应光电二极管和一个红外光遮光滤光片。两个完整的模拟-数字转换器（ADC）将光电二极管电流转换为数字输出，即为每个通道上测得的辐照度。将数字输出连接至微处理器中，通过经验公式计算照度（环境光条件下，lux），进而模拟人眼的响应。TSL2584TSV支持传统的电平式中断，确保在固件进行清除之前处于断言状态。

好看

完整的设计bom

还有 code，我就解读下主要逻辑

1. 设置操作电压、定时器、LED等硬件资源。
2. 检查加速度计和BLE传感器是否连接。如果未连接，重启MCU。
3. 从加速度计获取数据，计算出每个样本的加速度（通过x, y, z轴的平方和开根号得到的值），并将数据存储到相应的缓冲区中。
4. 每采集一定数量的样本后，运行推理（run_inference）并显示结果（display_results）。

BLE通信：

启动BLE扫描，获取并处理其他节点的数据。利用getFiberData从每个BLE节点读取数据，并将结果传递给推理引擎。对每个传感器节点的推理结果进行加权处理，计算最终的分类概率（combineProbAndSignal）。

根据推理结果控制LED信号，通过writeToFiber将分类结果发送给BLE节点。

循环执行：一旦所有节点连接成功，系统开始循环采集数据并进行推理，输出结果并通过LED和BLE反馈。

反正代码还是很简单的，就是里面的就不细读了。

这套光纤计算机系统通过将多个传感器、计算单元和通信模块集成到单根纤维中，提供了一个高效、灵活的分布式传感与计算平台。