重大突破!智能纤维不再依赖芯片电池

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据最新报告来自东华大学材料科学与工程学院的先进功能材料课题组在《科学》上发表的论文提出了基于“人体耦合”的能量交互机制,并成功研发“非冯·诺伊曼架构”的新型智能纤维,有效地简化了固有的硬件结构,将能量采集、信息感知、信号传输等功能集成于单根纤维中,让智能纺织品不再依赖芯片和电池。
个中奥秘何在?事实上,日常生活中,电磁场和电磁波无处不在,正如W i-Fi信号等,散布在环境中的这些电磁能量就是新型纤维的无线驱动力。而这些能量又通过可作为“导体”的人体“传递”到纤维上,也就是说,原本在大气中耗散的电磁能量优先进入纤维、人体、大地组成的回路,促成了“人体耦合”的能量交互新机制。
从微观上看,“这款新型纤维具有三层鞘芯结构,所采用的都是市面上比较常见的原材料。”论文第一作者、东华大学材料科学与工程学院博士研究生杨伟峰告诉记者,可以利用现成的成熟材料“自组装”智能纤维:最核心的芯层是镀银尼龙纤维,构成了感应交变电磁场的纤维天线;中间层是提高电磁能量耦合容量的介电层,外层则是对电场敏感的发光层——这两层分别为钛酸钡和硫化锌的无机复合树脂。他表示,“原材料成本低,纤维和织物的加工都能用成熟的工艺实现,已具备量产能力。”
这样的智能纤维及其织物,应用场景充满想象空间,从触控发光的遥控器到织物显示的触摸屏,甚至无线指令传输的游戏机上。论文通讯作者之一、侯成义研究员表示,“这种新型纤维运用到服装服饰、布艺装饰等日用纺织品中,当它们与人体接触时,通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明,同时它们还能对人体不同姿态动作产生独特的无线信号,进而对智能家电等电子产品进行无线遥控。”   
最近十多年来,团队相继研发出可连续制备的传感纤维、发光纤维、调温纤维等,一系列成果为深化智能纤维领域研究打下基础。“下一阶段工作,我们将深入研究如何让这种新型纤维更有效地从空间中收集能量,并以此驱动实现更多功能,包括显示、变形、运算、人工智能等。”
同期,《科学》还邀请美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校、麻省理工学院的专家对这项成果进行评述。他们认为,在基础研究方面,因为该智能纤维和纺织品能够在不干扰人们日常活动的情况下“不知不觉地”大规模采集身体触觉数据,因此能够更高效和便捷地收集人体与外界交互过程中的物理信息,这有望影响人体物理交互研究基础模型的发展。
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