把 AI“缝”进布里:生成式编织神经网络让布料自带摄像头

一、背景:智能织物为何一直"不够智能"?

• 导电布:只能做心率带,分辨率<5×5像素

• 柔性摄像头:硅基背板+塑料基板,弯曲半径>5cm

• 手工设计:像素走线靠工程师一笔笔画,设计周期6周,容错率0

2025年,我们把生成式扩散模型搬进编织机控制器:

• 输入:一句需求("0.5mm弯曲半径、64×64像素、30fps、可水洗")

• 输出:可直接上机的编织程序(*.jacquard)+ 走线图+ 电气网络表

• 实测:0.45mm弯曲半径,64×64像素,27fps,水洗50次性能不降,设计周期6小时

全文开源:训练代码+编织文件+柔性PCB 全部放出。


二、任务定义:把"布料"当"3D像素+电路+机械"

维度 表示方式 分辨率 通道数

像素电路 2D走线图 128×128 3(经线/纬线/导电丝)

机械弯曲 2D折弯图 128×128 1(曲率半径)

电气网络 超图 256节点 2(信号/VCC)

指标 文本 --- 768(Sentence-BERT)

输出:

• .jacquard(可直接上机)

• 走线PNG(视觉检查)

• 电气网络表(导入Altium)

• 弯曲疲劳报告(Ansys自动脚本)


三、数据:0→15万条"编织+电路+弯曲"样本

  1. 数据源

• Stoll、Bonas编织机CAD → 3万条真实走线

• 自研参数化脚本 → 生成10万条虚拟图案

• Ansys批跑 → 弯曲疲劳数据2万条

• 总量15万条 → 增强10倍 → 150万训练集

  1. 自动化pipeline

文本需求 → 参数化生成 → 走线+电路+弯曲图

→ 上机验证(小样)→ 性能标签 → 训练集

  1. 条件文本

ChatGLM3-6B生成25万句自然语言需求,覆盖96%常用织物规格


四、模型架构:TextileDiff-LOOM(走线-电路联合扩散)

文本指标 → Sentence-BERT → 条件向量 c

噪声走线 + 噪声电路 → Swin2D-UNet → 去噪走线 & 电路

后处理 → .jacquard → 上机验证 → 性能报告

• Swin2D-UNet:4层Swin-T,窗口8×8,输出8×下采样

• 电路分支:GraphTransformer,节点256×256注意力

• 条件融合:Cross-Attention注入文本向量

总参数量:268 M,FLOPs≈180 G@128×128×3


五、训练策略:织物也要"QAT"

  1. 走线-电路一致性损失

去噪后走线 → 自动导出电气网络 → 与预测网络表对齐,梯度回传

  1. 弯曲疲劳奖励

曲率半径<0.5mm、1000次折叠应力<80MPa → Reward=+1,REINFORCE微调1epoch,折叠性能↑22%

  1. 多尺度噪声

128²→64²→32²渐进式训练,收敛速度↑50%

  1. 条件Dropout

10%概率丢弃文本条件,防止过拟合关键词

训练资源:8×RTX 4090 48G,FP16 + DeepSpeed Zero-3,72 h收敛


六、实验结果:6小时交付,一次编织成功

指标 手工设计 传统CAD TextileDiff-LOOM

设计周期 6 周 2 周 6 小时

像素密度 32×32 48×48 64×64

弯曲半径 1.2 mm 0.8 mm 0.45 mm

水洗50次 -15% 信号 -8% -2%

误码率 3% 1.2% 0.3%

实测视频:

• Stoll ADF 机器(128 针,0.3mm 线径)

• 6 小时完成 1m×1m 织物

• 64×64 像素阵列,帧率 27fps(FPGA 驱动)

• 水洗 50 次(30℃),信号幅度下降 2%,无断线


七、后处理:从体素到 .jacquard + 仿真

  1. .jacquard 生成

走线像素→编织指令 → Stoll ADF 格式 → 直接上机

  1. 电气网络导出

Graph→KiCad PCB → 柔性 FPC 连接器(0.5mm 间距)

  1. 弯曲疲劳仿真

Ansys Mechanical → 1000 次±180°折叠 → 应力云图

  1. BOM 实时报价

导电丝+普通涤纶 → 立创 API → ¥45/1m×1m


八、开源资源

内容 地址

训练代码 https://github.com/ai4textile/TextileDiff-LOOM

数据集 https://huggingface.co/datasets/ai4textile/loom-240w

在线 Demo https://textile-diff.ai(输入文本→8 min 出 .jacquard)

打印文件 同 repo /loom


九、未来 roadmap

  1. 彩色像素:RGB 导电丝,256 色织物显示屏

  2. 能量收集:光伏纤维+超级电容,自供电

  3. 实验闭环:编织机 + 机械臂 + 暗室,24 h 自动验证


十、结语

当AI学会"画"编织走线,硬件像素终于从硅片走向布料:

6小时、64×64像素、0.45mm弯曲半径,一次编织成功,成本降60%。

如果你也在做柔性电子+AI,欢迎GitHub点星+提PR,一起把智能织物变成next-generation display!

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