新華社上海4月6日電(吳振東、余敏之)記者近日從東華大學獲悉,該??蒲腥藛T成功研發(fā)出集無線能量采集、信息感知與傳輸?shù)裙δ苡谝惑w的新型智能纖維,由其編織制成的紡織品無需依賴芯片和電池便可實現(xiàn)發(fā)光顯示、觸控等人機交互功能。
該成果近日發(fā)表于國際學術期刊《科學》,被認為有望改變人與環(huán)境以及人與人之間的交互方式,對功能性纖維開發(fā)以及智能紡織品在不同領域的應用具有重要啟發(fā)意義。
當前,智能可穿戴設備已成為日常生活的一部分,并在健康監(jiān)測、遠程醫(yī)療、人機交互等領域發(fā)揮著重要作用。相較于傳統(tǒng)剛性半導體元件或柔性薄膜器件等,由智能纖維編織成的電子紡織品具有更好的透氣性和柔軟度,但目前智能纖維開發(fā)多基于“馮·諾依曼架構”,即以硅基芯片作為信息處理核心開發(fā)各種電子纖維功能模塊,如信號采集的傳感纖維、能量供應的發(fā)電纖維等,復雜的多模塊集成必然增大了紡織品的體積、重量和剛性。
東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組在一次實驗中,偶然發(fā)現(xiàn)纖維在無線電場中發(fā)出了光。以此為基礎,課題組開創(chuàng)性地提出“非馮·諾依曼架構”的新型智能纖維,實現(xiàn)了將能量采集、信息感知與傳輸?shù)裙δ芗捎趩胃w維中。
課題組成員楊偉峰表示,電磁場和電磁波在生活中無處不在,這些電磁能量就是這種新型纖維的無線驅動力,而人體作為能量交互的載體,開辟了一條便捷的“通道”,使原本在大氣中耗散的電磁能量優(yōu)先進入纖維、人體、大地組成的回路。記者看到,僅是用手輕觸,這種添加了特定功能材料的新型纖維便呈現(xiàn)了發(fā)光發(fā)電的神奇景象。
據(jù)介紹,新型纖維具有三層鞘芯結構,芯層為感應交變電磁場的纖維天線(鍍銀尼龍纖維)、中間層為提高電磁能量耦合容量的介電層、外層為電場敏感的發(fā)光層,原材料成本低,纖維和織物的加工都已有成熟工藝。
在不使用芯片和電池的情況下,科研人員還通過這種新型纖維實現(xiàn)了織物顯示、無線指令傳輸?shù)裙δ?。纖維材料改性國家重點實驗室(東華大學)研究員侯成義表示,新型纖維有望運用到服裝服飾等日用紡織品中,當它們接觸人體時,可通過發(fā)光進行可視化的傳感、交互甚至高亮照明,還能對人體不同姿態(tài)動作產(chǎn)生獨特的無線信號,進而對電子產(chǎn)品進行無線遙控,這些新功能或會改變人們智慧生活的方式。
課題組表示,深入研究如何讓新型纖維更有效地從空間中收集能量,并以此驅動包括顯示、變形、運算等在內的更多功能,將是團隊下一階段的工作。
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