東華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在智能穿戴領(lǐng)域取得重要突破——
不插電就能發(fā)光發(fā)電的纖維研制成功
你見(jiàn)過(guò)穿上身就能發(fā)光發(fā)電的纖維嗎？關(guān)于智能可穿戴設(shè)備，你期待它們能帶來(lái)哪些神奇的功能？
4月5日，東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)功能材料課題組，在《科學(xué)》上發(fā)表了一項(xiàng)令人矚目的研究成果。
該研究提出了基于“人體耦合”的能量交互機(jī)制，并成功研發(fā)出集無(wú)線能量采集、信息感知與傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的新型智能纖維。用這種纖維編織制成的智能紡織品，無(wú)需依賴芯片和電池便可實(shí)現(xiàn)發(fā)光顯示、觸控等人機(jī)交互功能。
這一突破性成果，為人與環(huán)境的智能交互開(kāi)辟了新可能，具有廣泛應(yīng)用前景。
智能可穿戴設(shè)備正逐漸成為人們生活的一部分。目前，智能纖維的開(kāi)發(fā)多基于“馮·諾依曼架構(gòu)”，這意味著智能紡織品仍依賴于芯片和電池。這使產(chǎn)品的體積、重量和剛性大，難以同時(shí)滿足人們對(duì)紡織品功能性和舒適性的需求。
東華大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地提出了“非馮·諾伊曼架構(gòu)”的新型智能纖維，有效地簡(jiǎn)化了可穿戴設(shè)備和智能紡織品的硬件結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了其可穿戴性。
該研究實(shí)現(xiàn)了將能量采集、信息感知、信號(hào)傳輸?shù)裙δ芗捎趩胃w維中，并通過(guò)編織制成不依賴芯片和電池的智能紡織品。
“不插電”就能發(fā)光發(fā)電的纖維，到底有什么奧妙？在日常生活中，散布在環(huán)境中的電磁能量又是如何“傳遞”到纖維上的？
該研究提出把人體作為能量交互的載體，開(kāi)辟了一條便捷的能量“通道”。原本在大氣中耗散的電磁能量?jī)?yōu)先進(jìn)入纖維、人體、大地組成的回路，恰恰就是這一“日用而不覺(jué)”的原理，促成了“人體耦合”的新型能量交互機(jī)制。
在添加特定功能材料后，僅僅經(jīng)過(guò)人體觸碰，這種新型纖維就會(huì)展現(xiàn)發(fā)光發(fā)電的“神奇一幕”。
“這款新型纖維具有三層鞘芯結(jié)構(gòu)，所采用的均是市面上比較常見(jiàn)的原材料。芯層為感應(yīng)交變電磁場(chǎng)的纖維天線(鍍銀尼龍纖維)、中間層為提高電磁能量耦合容量的介電層、外層為電場(chǎng)敏感的發(fā)光層。原材料成本低，纖維和織物的加工都能夠用成熟的工藝實(shí)現(xiàn)，已具備量產(chǎn)能力。”論文第一作者、東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生楊偉峰說(shuō)。
該研究還展示了這種基于人體耦合原理的智能纖維的幾種應(yīng)用：在不使用芯片和電池的情況下，實(shí)現(xiàn)了纖維觸控發(fā)光、織物顯示以及無(wú)線指令傳輸?shù)裙δ堋?/p>
東華大學(xué)纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員侯成義介紹：“這種新型纖維能夠運(yùn)用到服裝服飾、布藝裝飾等日用紡織品中。當(dāng)與人體接觸時(shí)，它會(huì)通過(guò)發(fā)光進(jìn)行可視化的傳感、交互甚至高亮照明，同時(shí)還能對(duì)人體的不同姿態(tài)動(dòng)作產(chǎn)生無(wú)線信號(hào)，進(jìn)而對(duì)智能家電等電子產(chǎn)品進(jìn)行無(wú)線遙控。這些新穎的功能有望拓展電子產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景，甚至改變?nèi)藗冎腔凵畹姆绞健！?/p>
課題組組長(zhǎng)王宏志教授表示，未來(lái)將深入研究如何讓這種新型纖維能夠更有效地從空間中收集能量，并以此驅(qū)動(dòng)更多功能，包括顯示、變形、運(yùn)算、人工智能等。
高 坤 本報(bào)記者 王 春
(科技日?qǐng)?bào))