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重大突破!智能纤维不再依赖芯片电池
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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