光纖計算：下一場工業革命
來源：未知 日期：2018-10-08 點擊：次
美(mei)國先(xian)進功(gong)能性織(zhi)物(wu)聯盟（AFFOA）的使(shi)命是實(shi)現以(yi)制造(zao)業為(wei)基礎的革命——我們(men)可以(yi)稱之為(wei)“工業5.0”——將(jiang)傳統(tong)的纖(xian)維、紗線(xian)和(he)紡織(zhi)品轉化為(wei)高度(du)復(fu)雜的集成和(he)聯網設備(bei)和(he)系統(tong)。在最近的一次談(tan)話(hua)中(zhong)，該組織(zhi)的首席營(ying)銷官Eric Spackey解(jie)釋道。
作為美國國家(jia)制造(zao)創新網絡（NNMI）研(yan)究所的(de)一名(ming)成(cheng)員(yuan)，美國先進功(gong)能織(zhi)物(wu)聯盟（AFFOA）是一家(jia)總部(bu)設在(zai)麻省理工學院（MIT）的(de)非盈利機構。它的(de)首(shou)席(xi)執(zhi)行官(guan)Yoel Fink博士(shi)也是麻省理工學院電(dian)子(zi)研(yan)究實(shi)驗室的(de)教(jiao)授和(he)前(qian)任主任。其(qi)首(shou)席(xi)營(ying)銷官(guan)Eric Spackey也是位于波多黎各的(de)一家(jia)軍事服裝制造(zao)商藍水防務（Bluewater Defense）公司的(de)總裁(cai)兼(jian)首(shou)席(xi)執(zhi)行官(guan)。他們與(yu)領導團隊的(de)其(qi)他成(cheng)員(yuan)一起推動光纖設備的(de)發展，時任奧巴馬(ma)政府認為這一技術對美國纖維(wei)和(he)紡織(zhi)制造(zao)業(ye)的(de)未來(lai)至關重要。AFFOA的(de)部(bu)分(fen)資(zi)金來(lai)自美國政府，但也籌集了近3.4億美元的(de)直接投資(zi)和(he)成(cheng)本分(fen)攤，以確保其(qi)工作在(zai)啟(qi)動階段之(zhi)外繼續進行。
“大(da)多數(shu)人并(bing)不認(ren)為麻(ma)省理工(gong)學院是一(yi)(yi)個(ge)(ge)與紡(fang)織(zhi)業有(you)關的機構，”Spackey說。“他(ta)們(men)曾(ceng)經有(you)一(yi)(yi)個(ge)(ge)重要的纖(xian)維(wei)和紡(fang)織(zhi)品(pin)(pin)項目(mu)，考慮到(dao)像洛厄爾和勞倫斯這(zhe)樣強大(da)的紡(fang)織(zhi)城市(shi)，但在(zai)20世(shi)紀60年代(dai)，隨(sui)著(zhu)重點轉向生(sheng)物工(gong)程，紡(fang)織(zhi)品(pin)(pin)的研究顯著(zhu)減少。今(jin)天(tian)，它(ta)以新(xin)發現的形(xing)式在(zai)麻(ma)省理工(gong)學院重新(xin)出(chu)現，從(cong)而創(chuang)造了“光纖(xian)設備”。這(zhe)意味著(zhu)，在(zai)纖(xian)維(wei)或線秤(cheng)上，我(wo)們(men)可(ke)以合并(bing)設備——你甚至(zhi)可(ke)以說，處理像電腦信息的能力——包裹在(zai)纖(xian)維(wei)中，像普(pu)通纖(xian)維(wei)一(yi)(yi)樣把它(ta)抽出(chu)來，放進織(zhi)物里。這(zhe)就是下一(yi)(yi)代(dai)織(zhi)物。”
Spackey將這些(xie)發展歸類(lei)為下一代工(gong)業(ye)革命——工(gong)業(ye)5.0。他(ta)說：“在過(guo)去(qu)的幾千年里，紡(fang)織(zhi)(zhi)品(pin)基本上都沒有(you)改變過(guo)，而且它們(men)一直(zhi)被選為外觀和感覺以(yi)保(bao)護環境，而不是高(gao)科技(ji)的功(gong)能。” 來自電信行(xing)業(ye)的Spackey看(kan)到(dao)了通訊技(ji)術和織(zhi)(zhi)物之間的融合。“現在有(you)了云計算基礎設施，”他(ta)解釋說，“你可以(yi)考慮從這些(xie)紡(fang)織(zhi)(zhi)品(pin)中創建應用(yong)程序。通過(guo)麻省理(li)工(gong)學院的Fink博(bo)士，一位(wei)纖維研(yan)究物理(li)學家，我們(men)意識到(dao)我們(men)可以(yi)把這些(xie)纖維變成(cheng)下一種通信方(fang)式。”
作為該組織(zhi)(zhi)(zhi)工作的(de)一部(bu)分，它正(zheng)在幫助建(jian)立一些織(zhi)(zhi)(zhi)物發現/原型設(she)施（FDCs），其中(zhong)一個位于馬薩(sa)諸塞州洛厄爾市的(de)后院。這是當(dang)時的(de)一家紡(fang)織(zhi)(zhi)(zhi)廠動力室。“這很酷，你在外(wai)面有一個舊的(de)磚(zhuan)廠，但里(li)面是制造業的(de)未來，” Spackey說。“我們正(zheng)在從內到外(wai)振興紡(fang)織(zhi)(zhi)(zhi)工業。”
Spackey指(zhi)出，該組織的(de)一(yi)個(ge)重要任務是對工(gong)業(ye)和公眾進行教育，了(le)解下一(yi)場工(gong)業(ye)革命帶來的(de)可能性(xing)。“FDCs將在(zai)這里(li)發揮關鍵作(zuo)用(yong)。”他(ta)說：“在(zai)FDCs和麻省理(li)工(gong)學院(yuan)之(zhi)間，我們接待了(le)一(yi)些知名(ming)的(de)技術高管，他(ta)們將幫(bang)助我們推動這場革命。即(ji)(ji)使在(zai)那里(li)，教育也是必需的(de)。一(yi)位計算機主管問道，‘但是硬(ying)件(jian)在(zai)哪里(li)？’‘嗯，真的(de)沒有。’這是一(yi)種(zhong)全新(xin)的(de)計算包裝概念(nian)。但這個(ge)問題凸顯(xian)出，即(ji)(ji)使在(zai)創新(xin)的(de)科技領(ling)袖中，也需要一(yi)種(zhong)不(bu)同的(de)思維方式。”
當(dang)然(ran),摩(mo)爾(er)定(ding)律以戈登·摩(mo)爾(er)命名，他是(shi)(shi)仙童半導體(ti)和英特爾(er)公司(si)的(de)(de)(de)聯合創始人之一,1965年(nian)的(de)(de)(de)一篇論(lun)文(wen)發表預測,在高密度集(ji)成電(dian)路的(de)(de)(de)晶(jing)體(ti)管(guan)數量(liang)每年(nian)將(jiang)增長一倍,后(hou)來修改(gai)每兩(liang)年(nian),投影(ying),經受住(zhu)了時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)考驗。有(you)時(shi)，所引用的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)是(shi)(shi)18個月，這是(shi)(shi)越來越快(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。他在1965年(nian)發表的(de)(de)(de)一篇論(lun)文(wen)中(zhong)指出，高密度集(ji)成電(dian)路中(zhong)的(de)(de)(de)晶(jing)體(ti)管(guan)數量(liang)每年(nian)將(jiang)翻一番，之后(hou)每兩(liang)年(nian)修訂一次，這一預測經受住(zhu)了時(shi)間(jian)的(de)(de)(de)考驗。有(you)時(shi)，所引用的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)周(zhou)期是(shi)(shi)18個月，這是(shi)(shi)越來越快(kuai)(kuai)的(de)(de)(de)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)。
“我(wo)(wo)們(men)(men)已經開(kai)發(fa)了光纖的(de)(de)摩(mo)爾定律，” Spackey說。“它(ta)(ta)以(yi)前(qian)不存在(zai)，而且它(ta)(ta)確實正在(zai)發(fa)生。我(wo)(wo)們(men)(men)可以(yi)看到在(zai)容(rong)量和能力(li)上(shang)的(de)(de)軌跡，但是有(you)一個(ge)更清(qing)晰的(de)(de)曲線(xian)，因為我(wo)(wo)們(men)(men)在(zai)開(kai)發(fa)過程中是如此的(de)(de)新(xin)，以(yi)至于事情發(fa)生的(de)(de)速度(du)超過了18個(ge)月。因為這是一個(ge)新(xin)的(de)(de)技術處女(nv)地，我(wo)(wo)們(men)(men)看到的(de)(de)產能和能力(li)每90天就會(hui)增加一倍(bei)。”
Spackey讓我們(men)思考(kao)一下，把電腦的(de)所有基本(ben)原理都放在一個線(xian)程里，以及它能對你的(de)衣(yi)服、汽車座椅或其他材(cai)料上的(de)任何設(she)備產(chan)生什么影響。
“這是(shi)下(xia)一(yi)(yi)(yi)個(ge)轉變，就像移動(dong)性一(yi)(yi)(yi)樣(yang)，”他說。他將其與(yu)電(dian)信(xin)行業(ye)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)的(de)(de)事(shi)情(qing)相提并論(lun)，這是(shi)他作為最終成(cheng)為T-Mobile的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)部分(fen)所(suo)經歷(li)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)場革命——從一(yi)(yi)(yi)個(ge)想法(fa)的(de)(de)核心發(fa)(fa)(fa)展到(dao)美(mei)國最大的(de)(de)移動(dong)電(dian)話(hua)運營商之(zhi)一(yi)(yi)(yi)。 “我(wo)看到(dao)的(de)(de)事(shi)情(qing)和(he)30年前(qian)的(de)(de)電(dian)信(xin)一(yi)(yi)(yi)樣(yang)，發(fa)(fa)(fa)生(sheng)了同(tong)樣(yang)的(de)(de)事(shi)情(qing)。”他說：“我(wo)們正在建立(li)一(yi)(yi)(yi)個(ge)生(sheng)態系統(tong)，使我(wo)們能夠用(yong)(yong)(yong)纖維(wei)計算從一(yi)(yi)(yi)個(ge)想法(fa)變成(cheng)一(yi)(yi)(yi)個(ge)產品，而不僅(jin)(jin)僅(jin)(jin)是(shi)一(yi)(yi)(yi)個(ge)部門或一(yi)(yi)(yi)個(ge)群(qun)體，而是(shi)在所(suo)有的(de)(de)行業(ye)——醫療保健、建筑面料(liao)、服(fu)裝、汽(qi)車工(gong)業(ye)，每個(ge)行業(ye)都有不同(tong)的(de)(de)用(yong)(yong)(yong)途。你可(ke)以(yi)看到(dao)它正在發(fa)(fa)(fa)生(sheng)，這取決于我(wo)們的(de)(de)想象力去思考(kao)技術的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)地點和(he)方式。”
Spackey很(hen)快解釋說，這(zhe)并不意味著把電(dian)(dian)線(xian)放在(zai)織物(wu)上。“纖維本身就是設備(bei)，”他解釋說。“材(cai)料(liao)可(ke)以包括光敏二極管、晶體管和接(jie)收(shou)器。這(zhe)是一種(zhong)新的包裝形式(shi)，將(jiang)徹底改變微電(dian)(dian)子(zi)工(gong)業。這(zhe)是我(wo)們在(zai)有生之年看到的電(dian)(dian)子(zi)行業最大的變化。”
這(zhe)些變化正在(zai)迅速(su)發生。今(jin)年7月(yue),美國(guo)國(guo)防部高(gao)級研(yan)(yan)究計(ji)(ji)劃(hua)局（DARPA）在(zai)其(qi)電(dian)子復興計(ji)(ji)劃(hua)(ERI)下五年投(tou)資15億美元(yuan)以(yi)上以(yi)在(zai)電(dian)子行業引進創新(xin),并宣布(bu)了來自學術界(jie)和(he)產業界(jie)的(de)(de)研(yan)(yan)究團隊探索靈活架(jia)構的(de)(de)發展，旨在(zai)能夠使用專門的(de)(de)硬件來解決特定的(de)(de)計(ji)(ji)算(suan)問題(ti)，而且更快(kuai)速(su),也更有效。今(jin)年3月(yue)，IBM宣布(bu)開發了一款300 x 300微(wei)米的(de)(de)計(ji)(ji)算(suan)機，其(qi)處理(li)能力為(wei)8086（還記得IBM計(ji)(ji)算(suan)機嗎？）這(zhe)是一粒(li)鹽的(de)(de)大小。今(jin)年6月(yue)，密歇根大學宣布(bu)了一臺100 x 100微(wei)米的(de)(de)電(dian)腦。
“這改變了(le)你對處理器的(de)看法，以(yi)及它(ta)(ta)是如何設置(zhi)的(de)，”Spackey繼續說道。“它(ta)(ta)不再是一個電路板。我們可以(yi)改變電路板的(de)整個概念。它(ta)(ta)不再像芯(xin)片那樣平坦了(le)。它(ta)(ta)甚至可以(yi)是方形的(de)，只要我們能把它(ta)(ta)拉成纖維。它(ta)(ta)是包裹著的(de)；它(ta)(ta)是防水(shui)的(de)，也是靈活的(de)。我們已經(jing)證明了(le)這個概念。”
Spackey引(yin)用了一個早期的(de)(de)(de)(de)LiFi通信(xin)的(de)(de)(de)(de)例(li)子，它使用的(de)(de)(de)(de)光纖可以通過(guo)LED燈(deng)進行通信(xin)，調(diao)節燈(deng)光來創造比特和(he)字節的(de)(de)(de)(de)信(xin)息。“通過(guo)對(dui)LED燈(deng)的(de)(de)(de)(de)調(diao)制(zhi)，你(ni)可以有一根纖維(wei)，連接(jie)到(dao)一個小(xiao)的(de)(de)(de)(de)控制(zhi)板和(he)耳塞，實(shi)際上是播(bo)放音樂，或者你(ni)可以穿(chuan)過(guo)一個建筑，體(ti)驗(yan)一個人對(dui)你(ni)說話。想想一個博(bo)物館(guan)，在那里，每一幅(fu)(fu)畫的(de)(de)(de)(de)光線都(dou)會(hui)傳遞關于這(zhe)幅(fu)(fu)畫的(de)(de)(de)(de)信(xin)息。”
AFFOA開發的LOOKs技術平臺不(bu)需要電池;這是一個編織成織物的24位代(dai)碼。這是一個巨大的問題。他(ta)報(bao)告說，許多(duo)科(ke)技公司正(zheng)在積(ji)極努力，弄清楚(chu)這一切在未來的產品計劃中是如何適用的。
Spackey還期待(dai)著在(zai)未(wei)來(lai)5年左右的(de)(de)時間(jian)里，增強現(xian)實眼鏡將會(hui)像(xiang)現(xian)在(zai)的(de)(de)手機一樣普及，智能(neng)服(fu)裝也很常(chang)見。“想(xiang)想(xiang)一件夾(jia)克(ke)，”他說(shuo)，“那是你(ni)用肉(rou)眼無法看到(dao)的(de)(de)編織圖案，但是你(ni)的(de)(de)手機或AR眼鏡上的(de)(de)二維碼閱讀器可(ke)(ke)以(yi)(yi)區(qu)分開來(lai)。”例(li)如，你(ni)可(ke)(ke)以(yi)(yi)在(zai)參加會(hui)議時打開功(gong)能(neng)，而其他的(de)(de)與會(hui)者(zhe)用他們的(de)(de)AR眼鏡可(ke)(ke)以(yi)(yi)從你(ni)的(de)(de)夾(jia)克(ke)上看到(dao)你(ni)的(de)(de)LinkedIn個人資料(liao)。分享信息將是未(wei)來(lai)的(de)(de)重要組(zu)成部分。”
另一個將光纖電子用于普通(tong)用途的(de)開(kai)發是5G細胞。“目前已經有一些關于移動汽(qi)車到一切（C-V2X）技(ji)術的(de)發展(zhan)，例如，在你還能看到它之(zhi)前，讓你的(de)車知道(dao)你在那里，這將使你的(de)汽(qi)車能夠連接(jie)并看到周圍的(de)世(shi)界。”
他(ta)(ta)還設想了(le)能夠幫助我(wo)們(men)保(bao)護的(de)(de)衣服(fu)。他(ta)(ta)說：“考慮一個油田工(gong)人在設備上(shang)工(gong)作(zuo)。很(hen)多事(shi)情(qing)都有可能發生，而且有了(le)智能衣服(fu)，環(huan)境就會知(zhi)道你在那里。供暖和制(zhi)冷是其他(ta)(ta)感興(xing)趣的(de)(de)領域。有些(xie)纖維(wei)可以吸(xi)收某些(xie)細(xi)菌(jun)，這些(xie)細(xi)菌(jun)可以感知(zhi)汗(han)液。如果它發生了(le)，它們(men)會導致材料(liao)打開纖維(wei)，然后當你冷卻下來(lai)的(de)(de)時候關閉它們(men)。它創(chuang)造了(le)新的(de)(de)排(pai)泄(xie)方式。這項工(gong)作(zuo)已經在麻省理(li)工(gong)學院的(de)(de)媒體實(shi)驗室進(jin)行了(le)。”
其他的(de)(de)應用包括可以改變顏色的(de)(de)熱(re)彩色纖維，可以釋放(fang)藥物的(de)(de)纖維或需要的(de)(de)清潔(jie)用品(pin)（自我(wo)清潔(jie)的(de)(de)衣(yi)服！），這些都是延(yan)時釋放(fang)的(de)(de)，可以給自己充電(dian)。
“在5到(dao)10年(nian)的時(shi)間里(li)，” Spackey總結道，“我(wo)(wo)(wo)希(xi)望光(guang)纖計算機能(neng)得到(dao)普(pu)遍使用。它將(jiang)是我(wo)(wo)(wo)們(men)所穿的東西(xi)的一(yi)部分。你(ni)的T恤將(jiang)會起作用，它將(jiang)能(neng)夠告訴你(ni)的心率，或者如果你(ni)處于(yu)困境(jing)，你(ni)可以(yi)打電話給你(ni)的家人或醫療服(fu)(fu)務提供者。沒有理由在你(ni)的口(kou)袋里(li)裝手(shou)機。你(ni)的眼鏡和你(ni)的衣服(fu)(fu)將(jiang)取代(dai)移動設備。實現這一(yi)目(mu)標(biao)的部分挑戰在于(yu)，我(wo)(wo)(wo)們(men)必須改變我(wo)(wo)(wo)們(men)的思(si)維方式。重要的是要了解我(wo)(wo)(wo)們(men)今天的位置，以(yi)及這個未來如何(he)融(rong)入你(ni)的過程(cheng)。而(er)且，這也需要軟件開發才能(neng)發揮作用。”
Spackey和AFFOA的(de)團隊(dui)對這個(ge)幫助發展下一(yi)代美國(guo)制造業(ye)的(de)機會(hui)感到興(xing)奮(fen)，他們創造了可(ke)持續的(de)美國(guo)就業(ye)機會(hui)。“我們的(de)工(gong)作只是未來(lai)平(ping)臺的(de)一(yi)部分，”他說。“這需(xu)要很多人一(yi)起工(gong)作——一(yi)個(ge)愿(yuan)意合作的(de)人會(hui)讓它(ta)發揮作用，而(er)且它(ta)已經開始發生了。”
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