MIT可穿戴黑科技：你的衣服可由電子設備編織而成

　　你知道嗎?你的衣服可由電子設備編織而成。近日，麻省理工學(xué)院的研究人員在可穿戴技術(shù)方面取得重大突破，成功將包含了發(fā)光二極管(LED)和光敏二極管在內的高速光電子半導體器件嵌入纖維內，織成耐水洗的柔性布料，實(shí)現用布料制成一個(gè)通信系統。

　　這標志研究人員終于實(shí)現將半導體融入紡織物以創(chuàng )造智能面料的目標，同時(shí)這也填補了紡織制造業(yè)中復雜功能性面料技術(shù)的空白。研究人員預測這種纖維在未來(lái)數十年內將以指數增長(cháng)的速度迅速發(fā)展。

　　本周，這項研究成果在《自然》上發(fā)表。作者分別是畢業(yè)于麻省理工學(xué)院的研究生Michael Rein，麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與電子工程系的教授、面料公司Advanced Functional Fabrics of America(AFFOA)的CEO Yoel Fink，以及一個(gè)來(lái)自AFFOA、Inman Mills、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院和林肯實(shí)驗室的團隊。

　　光纖的傳統制造方法是制作一個(gè)放大版的光纖作為預制件，將預制件加熱軟化后，在張力下拉伸得到的光纖。

　　制造新型纖維的關(guān)鍵突破是將一個(gè)只有沙粒大小的發(fā)光半導體二極管和一對極細的銅線(xiàn)聚合成預制件。在將纖維的加熱拉伸過(guò)程中，聚合物預制件部分液化，形成長(cháng)纖維，二極管沿纖維中心軸向分布并通過(guò)銅線(xiàn)連接。

　　這個(gè)過(guò)程使用的半導體器件是由發(fā)光二極管(LED)和光敏二極管構成。在拉伸過(guò)程中，半導體和銅線(xiàn)尺寸保持不變，同時(shí)纖維在兩者四周收縮，得到的光纖在織成整塊面料后，還需要經(jīng)過(guò)10次洗滌來(lái)驗證其作為衣服材料的實(shí)用性。

　　論文的第一作者Rein說(shuō)：“這種新工藝給光纖制造打開(kāi)了新的思路，我們不是將所有材料以液態(tài)的形式聚合在一起，而是將金屬線(xiàn)與顆粒狀的部件聚合在一起?！?/p>

　　聚合功能的纖維材料本身的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是天然具有防水性。為了證明這一點(diǎn)，該團隊將一些光電探測纖維放入魚(yú)缸內。在魚(yú)缸外的讓一盞燈以光學(xué)信號的形式將音樂(lè )傳送到水中光纖。魚(yú)缸中的光纖將光脈沖轉換成電脈沖信號，最后轉換成音樂(lè )。

　　雖然這種纖維制造的原理聽(tīng)起來(lái)十分簡(jiǎn)單，但要實(shí)現保質(zhì)保量的規?；a(chǎn)則是一個(gè)漫長(cháng)而艱難的過(guò)程。AFFOA的工作人員 開(kāi)發(fā) 的這種提高纖維產(chǎn)能的方法，為實(shí)現這種纖維的工業(yè)化生產(chǎn)做好了準備。與此同時(shí)，Inman Mills的Marty Ellis則開(kāi)發(fā)出了一項新技術(shù)，讓功能纖維能夠通過(guò)傳統大規模紡織機制成紡織面料。

　　Fink說(shuō)：“這篇論文為將半導體器件結合到纖維上提供了捷徑。我們預計這種纖維技術(shù)會(huì )在未來(lái)幾年中高速發(fā)展。如今，我們已經(jīng)能夠拓展面料的一些基本功能，包括通信，照明，生理監測等。在未來(lái)幾年，面料將能夠提供更多的智能服務(wù)?！?/p>

　　Fink表示，這項技術(shù)最初的商業(yè)應用將是與通信和安全相關(guān)的產(chǎn)品，第一批產(chǎn)品將于明年進(jìn)入市場(chǎng)。這將是第一個(gè)紡織物通信系統。他說(shuō)，“我們正以前所未有的速度和規模將這項技術(shù)向國內制造商推廣。從實(shí)驗室研究到商業(yè)化的過(guò)程非常迅速。要實(shí)現快速的科研成果商業(yè)轉化的關(guān)鍵是要像AFFOA一樣去建立“學(xué)術(shù)-產(chǎn)業(yè)-政府”三方合作?！?/p>

　　除了商業(yè)應用，Fink說(shuō)，美國國防部作為AFFOA的主要支持者，也正在探索柔性硬件面料在工作制服上的應用。

　　研究人員還提到，除了通信領(lǐng)域外，這些纖維在生物醫學(xué)領(lǐng)域也有重要的應用價(jià)值。例如，制造可測量脈搏或血氧水平的腕帶或是持續監測傷口愈合過(guò)程的繃帶。