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近日，東(dong)華大(da)學科研人(ren)員(yuan)成功研發出集(ji)無(wu)(wu)線能(neng)量采(cai)集(ji)、信息(xi)感知(zhi)與傳輸等功能(neng)于一體(ti)的新(xin)型(xing)智能(neng)纖維，由其編(bian)織制成的紡織品無(wu)(wu)需依(yi)賴芯片和(he)電池便可實現發光顯(xian)示、觸(chu)控等人(ren)機交互功能(neng)。
該(gai)成果近日發(fa)(fa)表(biao)于國際學術期(qi)刊《科學》，被認為有(you)望改(gai)變(bian)人(ren)(ren)與環(huan)境以(yi)及(ji)人(ren)(ren)與人(ren)(ren)之間的交互方式，對功(gong)能(neng)性纖維開發(fa)(fa)以(yi)及(ji)智能(neng)紡(fang)織(zhi)品在(zai)不同領域的應用具有(you)重要(yao)啟發(fa)(fa)意(yi)義。
當前，智(zhi)能(neng)可穿戴設備(bei)已(yi)成為(wei)(wei)日(ri)常生活的(de)一部分，并在健康監(jian)測、遠程(cheng)醫療、人機(ji)交(jiao)互等(deng)(deng)領域發(fa)(fa)揮著(zhu)重(zhong)要作用。相較于(yu)傳(chuan)統(tong)剛性半導體元件或柔(rou)性薄膜(mo)器(qi)件等(deng)(deng)，由智(zhi)能(neng)纖(xian)維(wei)(wei)編織成的(de)電(dian)子紡織品(pin)具有更好的(de)透(tou)氣性和(he)柔(rou)軟度，但目前智(zhi)能(neng)纖(xian)維(wei)(wei)開發(fa)(fa)多(duo)基(ji)于(yu)“馮·諾(nuo)依曼架構”，即以硅基(ji)芯片(pian)作為(wei)(wei)信息處理核(he)心開發(fa)(fa)各種電(dian)子纖(xian)維(wei)(wei)功(gong)能(neng)模(mo)(mo)塊(kuai)，如信號(hao)采集的(de)傳(chuan)感(gan)纖(xian)維(wei)(wei)、能(neng)量供應的(de)發(fa)(fa)電(dian)纖(xian)維(wei)(wei)等(deng)(deng)，復(fu)雜(za)的(de)多(duo)模(mo)(mo)塊(kuai)集成必然增(zeng)大(da)了紡織品(pin)的(de)體積、重(zhong)量和(he)剛性。
東華大學(xue)材料科學(xue)與工程學(xue)院先進功(gong)(gong)能(neng)材料課題組在一次實驗中，偶然發現纖(xian)維(wei)(wei)在無線電場(chang)中發出了光。以此為基(ji)礎(chu)，課題組開創性地提出“非馮(feng)·諾依曼架構”的新型智能(neng)纖(xian)維(wei)(wei)，實現了將(jiang)能(neng)量采(cai)集(ji)、信息感知與傳(chuan)輸等(deng)功(gong)(gong)能(neng)集(ji)成于單(dan)根纖(xian)維(wei)(wei)中。
新型智(zhi)能纖(xian)維的工(gong)作機(ji)制(zhi)及觸控發光、無線游戲操控的演(yan)示。(受訪單位供圖)
課題組成員楊偉峰表示，電(dian)(dian)磁(ci)場和電(dian)(dian)磁(ci)波在(zai)(zai)生(sheng)活中無處不在(zai)(zai)，這(zhe)些電(dian)(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)就是這(zhe)種新(xin)型(xing)纖維的(de)無線驅動力，而(er)人體作為能(neng)量(liang)交互的(de)載體，開辟了一條便(bian)捷的(de)“通道”，使原本(ben)在(zai)(zai)大(da)氣(qi)中耗散的(de)電(dian)(dian)磁(ci)能(neng)量(liang)優(you)先進入纖維、人體、大(da)地組成的(de)回(hui)路。記者看(kan)到(dao)，僅是用(yong)手輕觸，這(zhe)種添加了特定功(gong)能(neng)材料的(de)新(xin)型(xing)纖維便(bian)呈現(xian)了發(fa)光發(fa)電(dian)(dian)的(de)神奇景(jing)象。
據介(jie)紹，新(xin)型纖(xian)維(wei)(wei)具有三層(ceng)鞘芯結構，芯層(ceng)為感(gan)應交變電(dian)磁場的(de)纖(xian)維(wei)(wei)天線(鍍銀(yin)尼龍纖(xian)維(wei)(wei))、中間層(ceng)為提(ti)高電(dian)磁能(neng)量(liang)耦合容量(liang)的(de)介(jie)電(dian)層(ceng)、外層(ceng)為電(dian)場敏感(gan)的(de)發光(guang)層(ceng)，原材料成本(ben)低，纖(xian)維(wei)(wei)和織(zhi)物的(de)加工都已有成熟工藝。
在不(bu)使用(yong)芯片和電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)情況下，科研(yan)(yan)人員還通過(guo)這種新型纖(xian)維實現了織(zhi)(zhi)物顯示、無(wu)線(xian)指(zhi)令傳輸(shu)等(deng)功能。纖(xian)維材料(liao)改(gai)性國家重點實驗(yan)室(東(dong)華大學)研(yan)(yan)究員侯成(cheng)義表示，新型纖(xian)維有望運用(yong)到服裝服飾(shi)等(deng)日用(yong)紡織(zhi)(zhi)品(pin)(pin)中，當(dang)它們接觸人體時，可通過(guo)發光進行可視化的(de)(de)(de)傳感、交互甚至高亮照明，還能對(dui)人體不(bu)同姿態動作(zuo)產生獨特的(de)(de)(de)無(wu)線(xian)信號(hao)，進而對(dui)電(dian)(dian)子(zi)產品(pin)(pin)進行無(wu)線(xian)遙控，這些新功能或會改(gai)變人們智(zhi)慧生活的(de)(de)(de)方式(shi)。
課題組表示，深入研(yan)究如何讓新型纖維(wei)更(geng)有效地(di)從空間中收(shou)集能(neng)(neng)量，并(bing)以(yi)此驅動包括顯示、變形、運算等(deng)在(zai)內的(de)更(geng)多功能(neng)(neng)，將是團隊下(xia)一階段的(de)工作。
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