【科学强国】“不插电”就能发光发电的智能纤维来了

　　随着科技不断发展，智能可穿戴设备正逐渐成为我们生活的一部分，并在健康监测、远程医疗和人机交互等领域发挥着越来越重要的作用。

　　近日，东华大学科研人员成功研发出集无线能量采集、信息感知与传输等功能于一体的新型智能纤维，由其编织制成的纺织品无需依赖芯片和电池便可实现发光显示、触控等人机交互功能。

触控发光纤维演示。图源：上观新闻

　　不插电就能发光发电的纤维

　　东华大学材料科学与工程学院先进功能材料课题组在一次实验中，偶然发现纤维在无线电场中发出了光。以此为基础，课题组开创性地提出“非冯·诺依曼架构”的新型智能纤维，实现了将能量采集、信息感知与传输等功能集成于单根纤维中。

　　“不插电”就能发光发电的纤维，其中到底有怎样的奥妙呢？在我们的日常生活中，电磁场和电磁波无处不在，散布在环境中的这些电磁能量就是这种新型纤维的无线驱动力。而这些能量又是如何“传递”到纤维上面的呢？答案就是我们的身体。该工作提出把人体作为能量交互的载体，开辟了一条便捷的能量“通道”，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，恰恰就是这一“日用而不觉”的原理，促成了“人体耦合”的新型能量交互机制。在添加特定功能材料以后，仅仅经过人体触碰，这种新型纤维就会展现发光发电的“神奇一幕”。

　　在不使用芯片和电池的情况下，科研人员还通过这种新型纤维实现了织物显示、无线指令传输等功能。纤维材料改性国家重点实验室（东华大学）研究员侯成义表示，新型纤维有望运用到服装服饰等日用纺织品中，当它们接触人体时，可通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明，还能对人体不同姿态动作产生独特的无线信号，进而对电子产品进行无线遥控，这些新功能或会改变人们智慧生活的方式。

　　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表示，这款新型纤维采用的均是市面上比较常见的原材料，不仅成本低，且加工工艺成熟，已具备量产能力。

图源：Science期刊插图

　　北京时间4月5日凌晨，这项中国科研人员取得的智能纤维原创成果登上国际学术顶刊《科学》（Science）。当期杂志还为此专门配发美国科学家的评述文章，认为这有望改变人与环境以及人与人之间的交互方式，对功能性纤维的开发以及智能纺织品在不同领域的应用具有重要的启发意义。

　　制造理想的可穿戴设备

　　相较于传统刚性半导体元件或柔性薄膜器件等，由智能纤维编织而成的电子纺织品具有更好的透气性和柔软度，被视为理想的可穿戴设备载体。

图源：卡乐图片 摄影/宁颖

　　智能纤维的应用前景十分广阔，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都有可能使用。它可以用于制造智能服装，如自动调节温度的夹克、自动感知和响应人体姿态的运动服；也可以用于制造智能绷带、智能手术服等，实现对患者生理状态的实时监测和预警，等等。

　　比如美国宇航局就开发了一种智能纤维夹克，可以在太空失重环境下调节温度，并且通过LED灯显示宇航员的生命体征。在医疗行业，智能纤维用于制作心电图监测贴片，可以长时间追踪心脏活动，对患者的日常生活干扰很小。

　　想象一下，未来的智能纺织品不仅可以根据我们的身体状态自动调节温度、湿度，还可以实时监测我们的健康状况，并在出现问题时及时提醒我们。同时，它们还可以根据我们的心情、喜好等因素，自动调整颜色、亮度等外观特征，为我们带来更加个性化的穿戴体验。

　　在不久的将来，衣服不仅仅是布料，而是能与你互动的智能伙伴。智能可穿戴设备将逐渐成为人们日常生活的一部分，在健康监测、远程医疗和人机交互等领域发挥着越来越重要的作用。

　　（中国小康网综合新华社、科技日报、光明网、上观新闻、每日经济新闻等）

　　来源：中国小康网

　　作者：风华

　　审核：龚紫陌