这些电子纺织品无需芯片或电池

WEIFENG YANG/DONGHUA UNIVERSITY/YANG ET AL.

嵌入服装中的传感器、控制器和其他电子设备可以改变我们与计算机以及人与人之间的交互方式。但是，由于需要用笨重的电池为T恤衫供电，并使用坚硬的电路板处理数据，将T恤衫变成电子设备的努力受到了阻碍。

但今天发表在Science杂志上的研究成果表明（https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk3755），其实大可不必如此。由高科技分层纤维织成的纺织品能与人体良好的贴合，并从环境中收集电磁能 —— 无需携带电池。这种纺织品还可以充当简单的传感器，便于肉眼读取，也可以发射无线信号。这种纤维背后的研究团队包括了上海东华大学材料科学与工程学院的Chengyi Hou, Hongzhi Wang, 以及Qinghong Zhang。

该小组已在多种应用中展示了这些智能纤维。他们制作了能感知人们脚步的地毯、基于纺织品的游戏控制器、可穿戴的644像素显示屏，以及可用于书写信息并显示在显示屏上的纺织键盘。

YANG ET AL.

工程师们曾经制造过类似的智能纺织品，包括基于纤维的触摸和压力传感器。但以前的设备都需要连接刚性电源和集成电路。"伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的电气和计算机工程师Yunzhu Li说："你还是得在背包或口袋里的某个地方放一块电路板。“Yunzhu Li没有参与目前的研究。他提到，这一基于光纤的新型设备 "不需要任何坚硬或刚性的东西"。因此，它们有可能降低智能纺织品更广泛应用的门槛。

层电介质树脂，可以储存人触摸纤维时耦合到纤维上的电磁能。最后，光纤外层会随着电磁能的变化而发光。发光层则是一种混合了含锌和含铜荧光粉的树脂。这种纤维可在制造过程中染色，以改变其颜色。

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人体是这一设备另一个重要的组成部分。例如，当人的指尖靠近光纤上的某个特定点时，电荷就会储存在该点。当电荷积累到足够多时，就会激发光学层，使其发光。当有人用指尖按压光纤时，电荷会变得更强。超过一定阈值后，这种压力就会产生无线信号。这样，用这些纤维制成的纺织品就可以充当简单的触觉传感器，同时无需电池或逻辑电路。

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这些纤维可以织成纺织品，用来制作衣服或地毯。它们还可以用作刺绣线，与更传统的纤维混合使用。由于无需添加任何电路板或其他额外材料，因此只需使用工业技术编织即可。研究人员通过调整纤维的硬度、光滑度和其他质量，使其穿着足够舒适。在经过25次洗涤后，纺织品仍能保持其外观和性能。

Li说，这些对触觉敏感的纤维有助于更容易地收集训练机器人所需的触觉数据。用于帮助机器人认识世界的现有模型（称为 "基础模型"）中的大部分数据都是基于互联网上的照片和文字，但我们在浏览环境时使用的远不止视觉信息。通过感觉身体与椅子的接触，你可以知道自己是坐稳了了还是会摔倒。在切割食材时，仅仅观察刀的动作是不够的。如果你能感觉到切的东西是像豆腐一样软，还是像胡萝卜一样硬，那么将有助于你做出一顿更美味的晚餐。

Li表示，触摸感应电子纤维十分易用，而且在大规模制造方面大有可为，因此可以更容易地收集大量真实世界的触觉数据，从而建立更逼真的基础模型。他描绘了一幅场景，人们可以把这些传感器穿在衣服里或戴在手套里来收集这类信息。

Li说：“这些电子纺织品为无处不在的计算计算开辟了很多途径，因为纺织品在日常生活中无处不在。”

供稿：胡乐