সার্কিট বোর্ডে বসানো এবং প্লাস্টিকের ডিভাইসে আবদ্ধ প্রচলিত অনমনীয় সিলিকন ইলেকট্রনিক্স এখন সেকেলে হয়ে পড়েছে, কারণ এক নতুন প্রতিযোগী বেশ জোরালোভাবে প্রবেশ করছে: অতি-পাতলা ফাইবারের সাথে সমন্বিত চিপ, যা আক্ষরিক অর্থেই মানুষের চুলের চেয়েও পাতলা। এই ধারণাটি, যা কয়েক বছর আগেও কল্পবিজ্ঞানের মতো শোনাত, এখন নেচারের মতো শীর্ষস্থানীয় জার্নালে প্রকাশিত পরীক্ষামূলক ফলাফল দ্বারা সমর্থিত।
সাংহাইয়ের ফুদান বিশ্ববিদ্যালয়ের একদল গবেষক এমন একটি নমনীয় সুতার মধ্যে সম্পূর্ণ ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট তৈরি করতে সফল হয়েছেন, যা কার্যকারিতা না হারিয়েই বাঁকতে, প্রসারিত হতে এবং প্রচণ্ড শক্তি সহ্য করতে সক্ষম। এই ফাইবারগুলো কয়েক মিলিমিটার দৈর্ঘ্যের মধ্যে হাজার হাজার ট্রানজিস্টরকে একীভূত করে, যার প্রক্রিয়াকরণ ক্ষমতা বাড়ির কম্পিউটার বা বায়োমেডিকেল ইমপ্লান্টে ব্যবহৃত বাণিজ্যিক চিপের সমতুল্য । আর সবচেয়ে ভালো দিকটি হলো, এই পদ্ধতির ফলে কম্পিউটিংকে আক্ষরিক অর্থেই পোশাক , জৈবিক টিস্যু এবং দৈনন্দিন বস্তুর মধ্যে বুনে ফেলা সম্ভব।
মানুষের চুলের চেয়ে পাতলা ফাইবার দিয়ে তৈরি চিপ কী?
যখন আমরা মানুষের চুলের চেয়েও পাতলা কোনো ফাইবার-ভিত্তিক চিপের কথা বলি , তখন আমরা বাইরে কিছু ইলেকট্রনিক্স লাগানো একটি সাধারণ তারের কথা বলছি না, বরং এটি একটি সত্যিকারের ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট যা নিজের উপরই প্যাঁচানো এবং একটি পলিমার ফিলামেন্টে আবদ্ধ। এর সাধারণ ব্যাস প্রায় ৫০ মাইক্রোমিটার, যা একটি গড়পড়তা মানুষের চুলের পুরুত্বের সমান, কিন্তু এই ক্ষুদ্র স্থানের মধ্যেই একটি সম্পূর্ণ ও কার্যকরী মাইক্রোইলেকট্রনিক সিস্টেম থাকে।
এই তথাকথিত ফাইবার ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট বা এফআইসি-গুলো একটি নলাকার জ্যামিতির মধ্যে ট্রানজিস্টর, রেজিস্টর, ক্যাপাসিটর, ডায়োড, আন্তঃসংযোগকারী লাইন, মেমরি এবং সিগন্যাল প্রসেসিং ব্লকগুলোকে একত্রিত করে। এর ফলে, ফাইবার শুধু প্রেরণ বা সংবেদনের মধ্যেই সীমাবদ্ধ থাকে না, বরং এটি স্থানীয়ভাবে তথ্য প্রক্রিয়াকরণ , যৌক্তিক ক্রিয়াকলাপ সম্পাদন, সিগন্যাল ফিল্টারিং এবং এমনকি সাধারণ নিউরাল নেটওয়ার্ক ব্যবহার করে প্রাথমিক চিত্র শনাক্তকরণের কাজও করতে পারে।
পূর্ববর্তী প্রজন্মের ইলেকট্রনিক ফাইবারের তুলনায় এর প্রধান পার্থক্য হলো ইন্টিগ্রেশন ডেনসিটি । ফুদানের দল প্রতি সেন্টিমিটার ফাইবারে ১,০০,০০০ পর্যন্ত ট্রানজিস্টর স্থাপন করতে সক্ষম হয়েছে, যা সাধারণ চিপের বৈশিষ্ট্যসূচক আল্ট্রা-লার্জ-স্কেল ইন্টিগ্রেশন (VLSI)-এর মানদণ্ড পূরণ করে। বাস্তবে এর অর্থ হলো, এই ফাইবারের এক মিটারে একটি সাধারণ ডেস্কটপ সিপিইউ-তে থাকা ট্রানজিস্টরের সমতুল্য সংখ্যক ট্রানজিস্টর থাকতে পারে।
কার্যকরী দৃষ্টিকোণ থেকে, প্রতিটি থ্রেড সেগমেন্ট একটি স্বায়ত্তশাসিত মাইক্রোকম্পিউটার সিস্টেমের মতো আচরণ করে : এতে সক্রিয় ও নিষ্ক্রিয় উপাদান, মেমরি, ডেটা প্রক্রিয়াকরণের ক্ষমতা এবং বহির্বিশ্বের সাথে যোগাযোগ করার সক্ষমতা রয়েছে। এটি কেবল একটি বর্ধিত সেন্সর নয়, বরং একটি বুদ্ধিমান নোড যা কোনো পোশাক বা ইমপ্লান্ট বরাবর সেন্টিমিটারের পর সেন্টিমিটার করে বাড়ানো যেতে পারে।
বেশ কিছু বিশেষায়িত গণমাধ্যম এবং অ্যাকাডেমিক প্রকাশনায় জোর দেওয়া হয়েছে যে, এই অগ্রগতিটি বর্তমান পরিধানযোগ্য সমাধানগুলোর তুলনায় একটি গুণগত উল্লম্ফন, যেগুলো যেকোনো প্রাসঙ্গিক কাজ সম্পাদনের জন্য কাপড়ের সাথে সেলাই বা আঠা দিয়ে লাগানো অনমনীয় মডিউল এবং বাহ্যিক প্রসেসরের ওপর নির্ভর করে।
স্থাপত্য: সুতোর উপর চিপ লাগানোর "সুশি" কৌশল
এতো পাতলা ফাইবারের উপর চিপ তৈরির প্রধান বাধা শুধু উপাদানগত নয়, বরং জ্যামিতিক: প্রচলিত মাইক্রোইলেকট্রনিক্স ফ্ল্যাট সিলিকন ওয়েফারের উপর ফটোলিথোগ্রাফি ব্যবহার করে তৈরি করা হয়, যা মসৃণ পৃষ্ঠের জন্য ডিজাইন করা একটি অত্যন্ত নির্ভুল প্রক্রিয়া। মানুষের চুলের মতো পাতলা একটি সিলিন্ডারের উপর সরাসরি জটিল সার্কিট খোদাই করা, প্রচলিত কৌশল ব্যবহার করে, কার্যত অসম্ভব।
এই সীমাবদ্ধতা কাটিয়ে উঠতে, ফুডানের দল মাকি বা সুশি রোল তৈরির পদ্ধতি থেকে অনুপ্রাণিত হয়ে একটি অভিনব কৌশল অবলম্বন করে । প্রথমে, তারা সেমিকন্ডাক্টর শিল্পে ব্যবহৃত যন্ত্রপাতির মতোই ফটোলিথোগ্রাফি এবং প্লাজমা এচিং টুল ব্যবহার করে একটি স্থিতিস্থাপক পলিমারের সমতল শিটের উপর সমস্ত উপাদান (ট্রানজিস্টর, ক্যাপাসিটর, রেজিস্টর, ইন্টারকানেক্ট) তৈরি করে।
দ্বি-মাত্রিক বর্তনীটি সম্পূর্ণ হয়ে গেলে, শীটটিকে একটি ঘন পলিমার ফিল্ম দিয়ে প্রলেপ দেওয়া হয় যা একটি প্রতিরক্ষামূলক বর্ম হিসাবে কাজ করে এবং পৃষ্ঠের অমসৃণতা এক ন্যানোমিটারের নিচে নামিয়ে আনে। লিথোগ্রাফি যাতে মাইক্রোমিটার নির্ভুলতায় কাজ করতে পারে এবং পেঁচানোর সময় ট্রেসগুলো ভেঙে ফেলতে পারে এমন ত্রুটি প্রতিরোধ করার জন্য এটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
পরবর্তী ধাপ হলো একটি বহুস্তরীয় সর্পিল কাঠামো অনুসরণ করে শিটটিকে নিজের উপর পেঁচানো । একটি কম্প্যাক্ট রোলের মতো, স্তরে স্তরে সার্কিটটি ফাইবারের ভিতরে একটি সর্পিল আকারে প্যাক করা হয়। এই জ্যামিতিক কৌশলটি ফাইবারের অভ্যন্তরীণ আয়তনের চরম ব্যবহার নিশ্চিত করে: যেখানে আগে কেবল একটি পরিবাহী আঁটত, সেখানে এখন হাজার হাজার সক্রিয় ডিভাইস সহ একটি ত্রিমাত্রিক সার্কিট স্থাপন করা হয়।
অবশেষে, সম্পূর্ণ কাঠামোটিকে একটি নমনীয় পলিমার আবরণের মধ্যে বায়ুরোধীভাবে সিল করা হয়, যার ফলে একটি অবিচ্ছিন্ন, নমনীয় এবং নিখুঁতভাবে অন্তরক ফিলামেন্ট তৈরি হয় । এই প্রক্রিয়ায় প্রচলিত অনমনীয় ওয়েফার ব্যবহার করা হয় না, ফলে "চিপ কেবল সিলিকন দিয়েই তৈরি হতে পারে এবং তা সমতল হয়"—এই দীর্ঘদিনের ধারণাটি ভেঙে যায়।
চিত্তাকর্ষক কর্মক্ষমতা এবং ইন্টিগ্রেশন ডেটা
যে বিষয়টি বৈজ্ঞানিক ও প্রযুক্তিগত মহলকে সবচেয়ে বেশি মুগ্ধ করেছে, তা হলো এত অল্প জায়গায় অর্জিত সমন্বয়ের মাত্রা । পরীক্ষাগারে প্রায় এক মাইক্রোমিটারের ফটোলিথোগ্রাফির নির্ভুলতা ব্যবহার করে চীনা দলটি মাত্র এক মিলিমিটার ফাইবারের মধ্যে প্রায় ১০,০০০ ট্রানজিস্টর এবং নির্দিষ্ট কিছু বিন্যাসে প্রতি সেন্টিমিটারে ১,০০,০০০ পর্যন্ত ট্রানজিস্টর স্থাপন করতে সক্ষম হয়েছে।
এই ঘনত্বকে প্রসারিত করলে, এক মিটার দীর্ঘ একটি সুতোয় প্রায় একটি ক্লাসিক সেন্ট্রাল প্রসেসিং ইউনিটের সমতুল্য সংখ্যক ট্রানজিস্টর জমা করা যেতে পারে । যদিও উচ্চমানের বাণিজ্যিক প্রসেসরগুলোর তুলনায় এখনও উল্লেখযোগ্য পার্থক্য রয়েছে, তবুও একটি টেক্সটাইল সুতোয় বায়োমেডিকেল বা কন্ট্রোল চিপের সমতুল্য কম্পিউটিং শক্তি থাকতে পারে—এই ধারণাটি নিঃসন্দেহে কৌতূহলোদ্দীপক।
শুধুমাত্র ট্রানজিস্টরের সংখ্যার বাইরেও এর সমন্বিত কার্যকারিতা বিবেচনা করতে হবে । ট্রানজিস্টর ছাড়াও, ফাইবারে রেজিস্টর ও ক্যাপাসিটর, ডায়োড, মেমরি এবং অ্যানালগ ও ডিজিটাল প্রসেসিং ব্লকের মতো প্যাসিভ উপাদান অন্তর্ভুক্ত থাকে। প্রদর্শিত প্রোটোটাইপগুলো মিশ্র সংকেত পরিচালনা করতে, যৌক্তিক ক্রিয়াকলাপ সম্পাদন করতে, আউটপুট প্যাটার্ন নিয়ন্ত্রণ করতে (উদাহরণস্বরূপ, বোনা প্যানেলে সাধারণ ছবি প্রদর্শন করতে), এবং এমনকি হার্ডওয়্যার নিউরাল নেটওয়ার্ক ব্যবহার করে মৌলিক শনাক্তকরণের কাজও বাস্তবায়ন করতে সক্ষম হয়েছে।
প্রযুক্তিগতভাবে, এত সূক্ষ্ম একটি নলাকার জ্যামিতির মধ্যে ভিএলএসআই (ভেরি লার্জ-স্কেল ইন্টিগ্রেশন) নিয়ে কথা বলতে পারাটা একটি যুগান্তকারী পরিবর্তন। কয়েক দশক ধরে, অনমনীয় সাবস্ট্রেটের বাইরে এই স্তরের ইন্টিগ্রেশন ঘনত্ব অর্জন করা অবাস্তব বলে মনে করা হতো , কিন্তু উন্নত লিথোগ্রাফি, স্থিতিস্থাপক পলিমার এবং হেলিকাল ডিজাইনের সমন্বয় এটিকে সম্ভবপর করে তুলেছে, অন্তত পরীক্ষাগার পর্যায়ে।
গবেষণার অন্যান্য ক্ষেত্র, যেমন সায়েন্সডেইলির মতো প্রকাশনায় বর্ণিত সেন্সিং ও সংকেত প্রেরণের জন্য সেমিকন্ডাক্টর ফাইবার, ইতিমধ্যেই উন্নত ইলেকট্রনিক টেক্সটাইলের দিকে ইঙ্গিত করছিল, কিন্তু সেগুলো সমন্বিত স্থানীয় কম্পিউটিংয়ের এই স্তরে পৌঁছায়নি । এখানে, ফাইবারটি একটি সাধারণ 'সেন্সর-কেবল' না থেকে কাপড়ের সর্বত্র ছড়িয়ে থাকা একটি মস্তিষ্কে পরিণত হয়।
চরম যান্ত্রিক প্রতিরোধ এবং দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা
এর শক্তিশালী ইলেকট্রনিক্সের পাশাপাশি, ফাইবার চিপটি একটি ইলেকট্রনিক উপাদান হিসেবে তার অসাধারণ যান্ত্রিক প্রতিরোধের জন্য বিশেষভাবে উল্লেখযোগ্য । পরীক্ষায়, এই ফাইবারগুলো কোনো রকম ত্রুটি ছাড়াই একটি ১৫.৬-টন ট্রাকের চলাচল সহ্য করেছে এবং এই প্রচণ্ড নিষ্পেষণকারী শক্তির পরেও তাদের কার্যকারিতা বজায় রেখেছে।
বিষয়টি শুধু নিষ্পেষণের মধ্যেই সীমাবদ্ধ নয়: তন্তুগুলোকে তাদের দৈর্ঘ্যের ৩০%-এরও বেশি পরিমাণে হাজার হাজার বার বাঁকানো, মোচড়ানো এবং প্রসারিত করা হয়েছে , কিন্তু তাতে কর্মক্ষমতার কোনো উল্লেখযোগ্য ক্ষতি হয়নি। এছাড়াও, সেগুলোকে এক লক্ষ বারেরও বেশি ঘষা হয়েছে, যা একটি পোশাকের জীবনকাল জুড়ে সহ্য করা অবিরাম ঘর্ষণ এবং নড়াচড়ার কথা বিবেচনা করলে অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ।
আরেকটি উল্লেখযোগ্য বিষয় হলো এই ফাইবারের উচ্চ-তাপমাত্রায় ধোলাই সহ্য করার ক্ষমতা । পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, এটি ডিটারজেন্ট এবং ১০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত তাপমাত্রা প্রতিরোধ করতে পারে এবং এর অভ্যন্তরীণ সার্কিট্রির কোনো ক্ষতি হয় না। এর প্রধান কারণ হলো পলিমার এনক্যাপসুলেশন, যা আর্দ্রতা এবং রাসায়নিক পদার্থের বিরুদ্ধে একটি প্রতিবন্ধক হিসেবে কাজ করে।
স্থায়িত্ব ব্যবহৃত উপাদানগুলোর স্থিতিস্থাপক সামঞ্জস্যের সাথেও সম্পর্কিত। ভিত্তি পলিমার এবং স্তরগুলোর সর্পিল বিন্যাস নিশ্চিত করে যে যান্ত্রিক বিকৃতিগুলো সুষমভাবে বণ্টিত হয়, যা এমন পীড়ন কেন্দ্রীভূত হওয়ার স্থান তৈরি হতে বাধা দেয় যা ট্র্যাকগুলোকে ভেঙে ফেলতে পারে। জটিল মোচড় এবং প্রসারণের সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়ার এই ক্ষমতা বস্ত্র এবং জৈবিক কলার মতো প্রয়োগের জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ, যেখানে নড়াচড়া মসৃণ বা অনুমানযোগ্য নয়।
সব মিলিয়ে, যান্ত্রিক শক্তি এবং বৈদ্যুতিক স্থিতিশীলতা সম্পর্কিত এই সমস্ত তথ্য থেকে বোঝা যায় যে, এই ফাইবারগুলো অনেক প্রচলিত কাপড়ের সমান বা তার চেয়েও বেশি দীর্ঘস্থায়ী হতে পারে , যা দৈনন্দিন ব্যবহারের জন্য সত্যিকারের কার্যকরী নরম পোশাক ও যন্ত্রপাতির দ্বার উন্মোচন করবে।
অনমনীয় প্লেট থেকে স্মার্ট থ্রেডে: পরিধেয় পণ্যের ক্ষেত্রে একটি আদর্শ পরিবর্তন
এখন পর্যন্ত, আমরা যখন স্মার্ট পোশাক এবং পরিধানযোগ্য ডিভাইস নিয়ে কথা বলেছি , তখন বেশিরভাগ ক্ষেত্রেই আমরা সাধারণ কাপড় নিয়েই কাজ করেছি, যার সাথে একটি অনমনীয় মডিউল যুক্ত করা হয়েছিল: সেন্সর ও মাইক্রোকন্ট্রোলারসহ একটি ছোট পিসিবি, একটি বড়সড় ব্যাটারি, এবং সম্ভবত এক জায়গা থেকে অন্য জায়গায় সংকেত বহন করার জন্য কিছু টেক্সটাইল ওয়্যারিং। অন্য কথায়, ইলেকট্রনিক্সগুলো পোশাকের সাথে "লেগে" থাকত, কিন্তু সেগুলো এর অন্তর্নিহিত কাঠামোর অংশ ছিল না।
ফাইবার-ইন-ফাইবার চিপের মাধ্যমে এই পদ্ধতিটি একটি নতুন মোড় নেয়: কম্পিউটিং ব্যবস্থা খোদ সুতার মধ্যেই একীভূত হয়ে যায় । প্রতিটি তন্তু সেন্সর, প্রসেসর এবং আউটপুট উপাদান হিসেবে কাজ করতে পারে, যা এমন একটি কাপড় তৈরি করে যার সম্পূর্ণ পৃষ্ঠতলটি হলো পরস্পরের সাথে সহযোগিতাকারী বুদ্ধিমান নোডগুলোর একটি বিকেন্দ্রীভূত ব্যবস্থা।
উদাহরণস্বরূপ, এমন একটি স্পোর্টস জার্সির কথা ভাবুন, যার সেলাইয়ের মধ্যে এমন ফাইবার রয়েছে যা বায়োমেট্রিক প্যারামিটার (নাড়ির স্পন্দন, তাপমাত্রা, শ্বাস-প্রশ্বাস) পরিমাপ করতে, সেই ডেটা স্থানীয়ভাবে প্রসেস করতে এবং কোন তথ্যটি বাহ্যিক ডিভাইসে পাঠানো প্রাসঙ্গিক, তা নির্ধারণ করতে সক্ষম। এর ফলে একটি কেন্দ্রীয় মাইক্রোকন্ট্রোলারের প্রয়োজনীয়তা কমে যায় এবং ল্যাটেন্সি হ্রাস পায়, কারণ অনেক সিদ্ধান্ত ফাইবারের মধ্যেই নেওয়া হয়।
আরেকটি অত্যন্ত আকর্ষণীয় ধারণা হলো এমন পোশাক, যা সরাসরি কাপড়ের উপরেই তথ্য প্রদর্শন করতে সক্ষম । সংযুক্ত স্ক্রিনের পরিবর্তে, শার্টের হাতা বা বুক একটি ডিসপ্লে পৃষ্ঠ হিসাবে কাজ করতে পারে, যা সমন্বিত ফাইবার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হবে এবং এই ফাইবারগুলোই আলো-উৎপাদনকারী উপাদানগুলোর (এলইডি, মাইক্রোডিসপ্লে, বা সামঞ্জস্যপূর্ণ ভবিষ্যৎ প্রযুক্তি) প্রক্রিয়াকরণ ও ব্যবস্থাপনা উভয়ই সামলাবে।
এই পদ্ধতিটি সর্বব্যাপী কম্পিউটিংয়ের ধারার সাথে পুরোপুরি খাপ খায় : কয়েকটি শক্তিশালী ও দৃশ্যমান ডিভাইসের পরিবর্তে, আসবাবপত্র থেকে শুরু করে পোশাক পর্যন্ত দৈনন্দিন বস্তুর সাথে সমন্বিত আরও অনেক স্বতন্ত্র ডিভাইসের দিকেই এখন প্রবণতা দেখা যাচ্ছে। ইলেকট্রনিক্সকে আবরণ থেকে বের করে সরাসরি কাঠামোগত উপাদানের ভেতরে নিয়ে আসার জন্য প্রয়োজনীয় অনুপস্থিত উপাদানগুলোর মধ্যে ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটযুক্ত ফাইবার অন্যতম।
চিকিৎসা প্রয়োগ এবং মস্তিষ্ক-কম্পিউটার ইন্টারফেস
ফ্যাশন এবং পরিধানযোগ্য ভোগ্যপণ্যের বাইরে, চিকিৎসা এবং ব্রেইন-কম্পিউটার ইন্টারফেস (বিসিআই) হলো এমন একটি ক্ষেত্র যেখানে এই ধরণের ফাইবারের সবচেয়ে বেশি সম্ভাবনা রয়েছে । বর্তমান ইলেকট্রোড এবং প্রতিস্থাপনযোগ্য ডিভাইসগুলো সাধারণত অনমনীয় বা আধা-অনমনীয় হয়, যা শরীরের নরম টিস্যু, বিশেষ করে মস্তিষ্কের টিস্যুর সাথে একটি উল্লেখযোগ্য যান্ত্রিক অসামঞ্জস্য তৈরি করে।
একটি নরম পরিবেশে কোনো শক্ত উপাদান প্রবেশ করালে সূক্ষ্ম নড়াচড়া ও টান সৃষ্টি হয় , যা প্রদাহ, টিস্যুর ক্ষতি বা দীর্ঘমেয়াদী বর্জনের কারণ হতে পারে। অন্যদিকে, স্থিতিস্থাপক পলিমার-ভিত্তিক ফাইবারগুলোর কোমলতা মস্তিষ্কের টিস্যুর মতোই, যা সেগুলোকে অনেক কম আগ্রাসীভাবে একীভূত হতে এবং অঙ্গটির স্বাভাবিক নড়াচড়ার সাথে আরও ভালোভাবে খাপ খাইয়ে নিতে সাহায্য করে।
এর প্রধান সুবিধা হলো, ফাইবারটি শুধু একটি নিষ্ক্রিয় ইলেকট্রোড বা সেন্সর হিসেবেই কাজ করে না, বরং এটি একটি ক্লোজড লুপের মধ্যে সংকেত শনাক্ত, প্রক্রিয়াকরণ এবং ফেরত পাঠাতে সক্ষম । অন্য কথায়, সমস্ত কাঁচা তথ্য কোনো বাহ্যিক ইউনিটে পাঠানোর প্রয়োজন ছাড়াই, এটি নিউরোনাল কার্যকলাপ রেকর্ড করতে, স্থানীয়ভাবে তা ফিল্টার ও প্রক্রিয়াকরণ করতে এবং রিয়েল টাইমে বৈদ্যুতিক উদ্দীপনা বা ফিডব্যাক তৈরি করতে পারে।
এই ক্লোজড-লুপ পদ্ধতিটি নিউরোমডুলেটরি থেরাপি এবং উন্নত কৃত্রিম অঙ্গের ক্ষেত্রে অত্যন্ত উপযোগী , যেখানে মস্তিষ্ক ও ডিভাইসের মধ্যে যোগাযোগের গতি এবং নির্ভুলতা অপরিহার্য। ফাইবারের মধ্যেই কিছু গণনা সম্পাদন করার ফলে সিগন্যাল-টু-নয়েজ অনুপাত উন্নত হয় এবং স্থানান্তরিতব্য ডেটার পরিমাণ কমে যায়, যা পুরো সিস্টেমটির নকশাকে সরল করে তোলে।
তাছাড়া, ফাইবার চিপের নমনীয়তা ও দৃঢ়তা এমন দীর্ঘমেয়াদী ও দীর্ঘস্থায়ী ইমপ্লান্টের ধারণা দেয়, যেখানে ভেঙে যাওয়ার ঝুঁকি কম এবং যান্ত্রিক জৈব-সামঞ্জস্যতা বেশি থাকে। এটা কোনো কাকতালীয় ঘটনা নয় যে এই কাজটি বিসিআই, নিউরোইঞ্জিনিয়ারিং এবং বায়োমেডিকেল ইলেকট্রনিক্স কমিউনিটির মধ্যে আগ্রহ জাগিয়েছে , যারা বছরের পর বছর ধরে এমন "সফট ইলেকট্রনিক্স" খুঁজছেন যা শরীরের মতোই একই যান্ত্রিক ভাষায় কথা বলতে পারে।
ভার্চুয়াল রিয়েলিটি, উন্নত হ্যাপটিক্স এবং রিমোট সার্জারি
ভার্চুয়াল রিয়েলিটি (VR) এবং অগমেন্টেড রিয়েলিটি (AR)- এর ক্ষেত্রে , ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটযুক্ত ফাইবারগুলো এমন সব সম্ভাবনার দ্বার উন্মোচন করে যা পজিশন সেন্সরযুক্ত সাধারণ দস্তানার ধারণার চেয়ে অনেক ঊর্ধ্বে। এই ধরনের সুতা দিয়ে বোনা একটি দস্তানায় একই সাথে অত্যন্ত ঘন সেন্সর, স্থানীয় প্রক্রিয়াকরণ এবং বিকেন্দ্রীভূত হ্যাপটিক অ্যাকচুয়েটর অন্তর্ভুক্ত করা যেতে পারে।
এর মানে হলো, হাতের প্রতিটি আঙুল, প্রতিটি অস্থিসন্ধি এবং প্রতিটি অংশে চাপ, টান ও তাপমাত্রা সংবেদন করা সম্ভব , যা স্নায়ুতন্তুর মধ্যেই রিয়েল টাইমে প্রক্রিয়াজাত হয়ে সুনির্দিষ্ট স্পর্শসংকেতে (কম্পন, চাপ, ক্ষুদ্র স্পর্শস্পন্দন) রূপান্তরিত হয়। এতে বিলম্ব কমে যায়, কারণ প্রতিটি ছোট গণনার জন্য এটি কোনো বড় কেন্দ্রীয় প্রসেসরের উপর নির্ভর করে না।
আরও এক ধাপ এগিয়ে, স্মার্ট ফাইবার-ভিত্তিক এই স্পর্শ-সংবেদনশীল দস্তানা এবং পোশাক দূরবর্তী অস্ত্রোপচার এবং চিকিৎসা সংক্রান্ত টেলিপ্রেজেন্সে ব্যবহার করা যেতে পারে । একজন শল্যচিকিৎসক দূর থেকে রোবোটিক যন্ত্র পরিচালনা করতে পারবেন এবং ফাইবারগুলো থেকে উৎপন্ন স্পর্শ-সংবেদনশীল প্রতিক্রিয়ার ফলে, টিস্যু ও অঙ্গপ্রত্যঙ্গের গঠন এবং প্রতিরোধ ক্ষমতা এমনভাবে অনুভব করতে পারবেন, যেন সেগুলো তার হাতের নিচেই রয়েছে।
শিল্পক্ষেত্রে, এই ধরনের ফাইবার চিপযুক্ত জাম্পস্যুট বা গ্লাভস ক্রমাগত অঙ্গভঙ্গি, শারীরিক ভার এবং যন্ত্রপাতির সাথে মিথস্ক্রিয়া পর্যবেক্ষণ করতে পারে , যা বিপজ্জনক ধরণ শনাক্ত করে এবং কোনো দুর্ঘটনা ঘটার আগেই কর্মী বা নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থাকে সতর্ক করে দেয়।
অবসর বিনোদনের জগতেও অনেক নতুন দিগন্ত উন্মোচিত হচ্ছে: আরও বাস্তবসম্মত স্পর্শ অনুভূতি প্রদানকারী ভিআর স্যুট, গেমে আঘাত, টান বা কৃত্রিম সংঘর্ষের অনুভূতি তৈরি করতে সক্ষম ক্রীড়াপোশাক, অথবা প্রতিটি আঙুলের অবস্থান ও পেশীর প্রচেষ্টাকে অনুধাবন করে জটিল ডিজিটাল সিস্টেম নিয়ন্ত্রণকারী অত্যন্ত নিখুঁত অঙ্গভঙ্গি-ভিত্তিক ইন্টারফেস ।
অসাধারণ প্রযুক্তিগত চ্যালেঞ্জ: শক্তি, তাপ এবং আন্তঃসংযোগ
চমৎকার ফলাফল সত্ত্বেও, এই প্রযুক্তিটি এখনও পরীক্ষাগার পর্যায়ে রয়েছে এবং বেশ কিছু উল্লেখযোগ্য প্রযুক্তিগত প্রতিবন্ধকতার সম্মুখীন , যেগুলোর সমাধান না করা পর্যন্ত এটিকে গণ-বাণিজ্যিক পণ্যে দেখা যাবে না।
প্রথম চ্যালেঞ্জটি হলো শক্তি ব্যবস্থাপনা এবং তাপ অপসারণ । এত অল্প আয়তনে প্রসেসিং এবং মেমরিকে কেন্দ্রীভূত করার অর্থ হলো, উৎপন্ন তাপ দ্রুত জমা হতে পারে। প্রচলিত চিপগুলিতে তাপ সরিয়ে নেওয়ার জন্য হিটসিঙ্ক, থার্মাল পেস্ট এবং নির্দিষ্ট প্যাকেজ ডিজাইন ব্যবহার করা হয়; কিন্তু একটি অতি-পাতলা ফাইবারে সেই শক্তি বিতরণের জন্য প্রায় কোনো পৃষ্ঠতল বা তাপীয় ভর থাকে না।
নতুন কৌশল প্রয়োজন, যেমন তন্তুর কাঠামোর মধ্যেই উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সম্পন্ন উপাদান অন্তর্ভুক্ত করা, সুতা বরাবর সর্বোচ্চ সক্রিয়তার ক্ষেত্রগুলো বন্টন করে এমন নকশা তৈরি করা, এবং বিদ্যুৎ প্রবাহের আকস্মিক বৃদ্ধি সীমিত করে এমন পরিচালন পদ্ধতি ব্যবহার করা । সঠিকভাবে নিয়ন্ত্রণ করা না গেলে, উত্তপ্ত স্থানগুলো ইলেকট্রনিক্স এবং সেগুলোর সংস্পর্শে আসা কাপড় বা অন্যান্য উপাদান উভয়েরই ক্ষতি করতে পারে।
আরেকটি বড় চ্যালেঞ্জ হলো অন্যান্য ইলেকট্রনিক সিস্টেমের সাথে আন্তঃসংযোগ স্থাপন । যদিও প্রতিটি ফাইবার একটি স্বায়ত্তশাসিত সিস্টেম হিসেবে কাজ করতে পারে, অনেক অ্যাপ্লিকেশনের ক্ষেত্রে এর ফলাফল 5G ও IoT-এর মতো ওয়্যারলেস নেটওয়ার্ক , আরও শক্তিশালী প্রসেসর বা স্টোরেজ সিস্টেমের সাথে যোগাযোগ করা প্রয়োজন হবে। একটি ৫০-মাইক্রোমিটারের তন্তুর মধ্যে অ্যান্টেনা, কমিউনিকেশন মডিউল বা নির্ভরযোগ্য সংযোগকারীকে একীভূত করা মোটেই সহজ কাজ নয়।
এছাড়াও, বস্ত্র শিল্পের জন্য এটি প্রমাণ করতে হবে যে, গুণগত মান বজায় রেখে এই তন্তুগুলোর উৎপাদন প্রক্রিয়াকে বৃহৎ পরিমাণে সম্প্রসারণ করা সম্ভব । ফুদান দলের যুক্তি হলো, তাদের এই পদ্ধতি প্রচলিত বস্ত্র উৎপাদন কৌশলের সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ, কিন্তু একটি নিয়ন্ত্রিত পরীক্ষাগার পরিবেশ থেকে গণ-উৎপাদন যন্ত্রে রূপান্তর একটি বড় পদক্ষেপ যা সবসময়ই অপ্রত্যাশিত পরিস্থিতি তৈরি করে।
অবশেষে, বাস্তব পরিস্থিতিতে ব্যাপক নির্ভরযোগ্যতা পরীক্ষার প্রয়োজনীয়তা উপেক্ষা করা যায় না: ক্রমাগত ধোয়াধুয়ি, ঘামের সংস্পর্শ, পারিপার্শ্বিক তাপমাত্রার পরিবর্তন, পোশাক পরা ও খোলার সময় অতিরিক্ত ভাঁজ করা… এখন পর্যন্ত প্রদর্শিত দৃঢ়তা খুবই আশাব্যঞ্জক , কিন্তু বৃহৎ পরিসরের মাঠ পর্যায়ের পরীক্ষাই নির্ধারণ করবে যে এই ফাইবারগুলো সত্যিই বছরের পর বছর দৈনন্দিন ব্যবহারে টিকে থাকতে পারে কিনা।
মাল্টিথ্রেডেড কম্পিউটিংয়ের প্রেক্ষাপট, প্রভাব এবং ভবিষ্যৎ
ফুদান বিশ্ববিদ্যালয়ে পেং হুইশেং এবং তার দলের নেতৃত্বে পরিচালিত কাজটি একটি বৃহত্তর গবেষণা ধারার অংশ, যার লক্ষ্য আমাদের চারপাশের প্রায় প্রতিটি বস্তুর সাথে ইলেকট্রনিক্সকে একীভূত করা। কার্পেট ও পর্দায় বোনা সেন্সর থেকে শুরু করে পর্যবেক্ষণ ক্ষমতাসম্পন্ন নির্মাণ সামগ্রী পর্যন্ত, এর মূল উদ্দেশ্য হলো “ইলেকট্রনিক ডিভাইস” এবং “দৈনন্দিন বস্তু”-র মধ্যকার সীমারেখা মুছে ফেলা।
এদিকে, অন্যান্য গোষ্ঠীগুলো সেন্সিং ও যোগাযোগের জন্য সেমিকন্ডাক্টর ফাইবার, নিউরাল নেটওয়ার্কের আচরণ অনুকরণকারী কাপড় এবং পরিবেশ থেকে শিখতে ও তার সাথে খাপ খাইয়ে নিতে সক্ষম নরম কাঠামো নিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষা করেছে। উচ্চ-ঘনত্বের ফাইবার ইন্টিগ্রেটেড সার্কিটের অভিনবত্ব হলো, এগুলো এই ধারণায় প্রকৃত কম্পিউটিং শক্তি নিয়ে আসে, যা সুতার স্কেলে বিতরণকৃত মাইক্রোপ্রসেসরের একটি নেটওয়ার্কের কাছাকাছি পৌঁছায়।
এই প্রযুক্তিগুলো পরিপক্ক হওয়ার সাথে সাথে এমন পোশাকের কল্পনা করা যুক্তিসঙ্গত, যা অত্যাবশ্যকীয় শারীরিক লক্ষণ পরিমাপ করার পাশাপাশি ব্যবহারকারীর আচরণের ধরণ শিখবে , তাদের দৈনন্দিন অভ্যাসের সাথে খাপ খাইয়ে নেবে এবং স্থানীয় সিদ্ধান্ত নেবে; যেমন—কার্যকলাপ অনুযায়ী জ্যাকেটের বায়ুচলাচল ব্যবস্থা সমন্বয় করা, সন্দেহজনক পতন শনাক্ত করা, সংগৃহীত তথ্যের গোপনীয়তা স্বয়ংক্রিয়ভাবে পরিচালনা করা ইত্যাদি।
এর সাথে উল্লেখযোগ্য নৈতিক এবং গোপনীয়তার বিষয়ও জড়িত। যখন পোশাক, বিছানা বা সোফা তথ্য গণনা ও সংরক্ষণকারী যন্ত্রে পরিণত হয় , তখন এই তথ্য কে নিয়ন্ত্রণ করবে, কীভাবে এর পরিচয় গোপন রাখা হবে, কীভাবে তা ভাগ করে নেওয়া হবে এবং এর অপব্যবহার হবে না—এই বিষয়ে ব্যবহারকারীর কী নিশ্চয়তা থাকবে, তা সতর্কতার সাথে নির্ধারণ করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ হবে। একই কথা নরম প্রতিস্থাপনযোগ্য যন্ত্রের ক্ষেত্রেও প্রযোজ্য: এগুলোর বিপুল চিকিৎসা সম্ভাবনার পাশাপাশি নিরাপত্তা, দূরবর্তী প্রবেশাধিকার এবং স্নায়বিক তথ্যের অপব্যবহারের সম্ভাবনা নিয়েও প্রশ্ন ওঠে।
সম্পূর্ণরূপে প্রযুক্তিগত স্তরে, পরবর্তী পদক্ষেপগুলো সম্ভবত ফাইবার-ইন-ফাইবার ট্রানজিস্টরের কর্মক্ষমতা উন্নত করা, নন-ভোলাটাইল মেমরি এবং ওয়্যারলেস কমিউনিকেশন মডিউলগুলোকে সরাসরি ফাইবারের মধ্যে একীভূত করা, এবং এই ধরনের একটি অনন্য মাধ্যমের জন্য বিশেষভাবে উপযোগী ডিস্ট্রিবিউটেড কম্পিউটিং আর্কিটেকচার তৈরি করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করবে। এই ফাইবার-ইন-ফাইবার প্রযুক্তিগুলোকে এমবেডেড লাইটওয়েট কৃত্রিম বুদ্ধিমত্তা অ্যালগরিদমের সাথে একত্রিত করলে এমন স্ব-অভিযোজিত পোশাক এবং ডিভাইস তৈরি হতে পারে, যেগুলোর স্বায়ত্তশাসনের মাত্রা মাত্র কয়েক বছর আগেও ছিল অকল্পনীয়।
যদিও চুলের চেয়েও সূক্ষ্ম তন্তুর মধ্যে থাকা এই চিপগুলো দোকানের তাক পর্যন্ত পৌঁছাতে এখনও অনেক পথ বাকি, বর্তমান ফলাফলগুলো এটা স্পষ্ট করে দিচ্ছে যে ইলেকট্রনিক সার্কিট এবং কাঠামোগত উপাদানের মধ্যেকার চিরাচরিত বিভাজন ক্রমশ অস্পষ্ট হয়ে আসছে, এবং আমাদের দৈনন্দিন ব্যবহৃত বস্তুগুলো প্রতিটি সুতোর মধ্যে বোনা, পেঁচানো ও লুকানো ক্ষুদ্র মস্তিষ্কের নেটওয়ার্কে পরিণত হওয়ার পথে রয়েছে ।
