作者:许婧 来源:中国新闻网 发布时间:2024/4/5 13:18:11
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上海科研团队研发“不插电”的发光发电纤维

 

中新网上海4月5日电 (记者 许婧)东华大学材料科学与工程学院先进功能材料课题组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,由其编织制成的智能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。

这一突破性成果为人与环境的智能交互开辟了新可能,具有广泛应用前景。相关研究成果5日发表于《科学》(Science)杂志。

4月5日,东华大学材料科学与工程学院先进功能材料课题组在Science(《科学》)上发表了题为“Single body-coupled fiber enables chipless textile electronics”的研究论文。 东华大学供图

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。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。

目前,智能纤维的开发多基于“冯·诺依曼架构”,即以硅基芯片作为信息处理核心开发各种电子纤维功能模块,如信号采集的传感纤维、信号传输的导电纤维、信息显示的发光纤维、能量供应的发电纤维等。不过,现阶段的智能纺织品仍依赖于芯片和电池,体积、重量和刚性大,难以同时满足人们对纺织品功能性和舒适性的需求。

该研究中,东华大学科研团队开创性地提出了“非冯·诺伊曼架构”的新型智能纤维,有效地简化了可穿戴设备和智能纺织品的硬件结构,优化了它们的可穿戴性。该工作实现了将能量采集、信息感知、信号传输等功能集成于单根纤维中,并通过编织制成不依赖芯片和电池的智能纺织品。

“不插电”就能发光发电的纤维,其中到底有怎样的奥妙呢?答案就是我们的身体。该研究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”。

人体耦合电磁能量收集示意图。东华大学供图

“这款新型纤维具有三层鞘芯结构,所采用的均是市面上比较常见的原材料。原材料成本低,纤维和织物的加工都能够用成熟的工艺实现,已具备量产能力。”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说。

对智慧生活场景的展望。东华大学供图

该研究还展示了这种基于人体耦合原理的智能纤维的几种应用:在不使用芯片和电池的情况下,实现了纤维触控发光、织物显示以及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,这些新颖的功能有望拓展电子产品的应用场景,甚至改变人们智慧生活的方式。

先进功能材料课题组部分师生。东华大学供图

课题组组长王宏志教授介绍,下一阶段课题组将深入研究如何让这种新型纤维能够更有效地从空间中收集能量,并以此驱动更多功能,包括显示、变形、运算、人工智能等,相信在不久的未来,智能服装能做更多事,人会变得更加强大,对于环境也会有更好的适应性。

同期,Science还邀请美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、麻省理工学院的专家对该成果进行了评述报道。该成果被认为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。在基础研究方面,因为该智能纤维和纺织品能够在不干扰人们日常活动的情况下“不知不觉地”大规模采集身体触觉数据,因此能够更高效和便捷地收集人体与外界交互过程中的物理信息,这将有望影响人体物理交互研究用基础模型的发展。

杨伟峰为论文第一作者,纤维材料改性国家重点实验室(东华大学)王宏志教授、侯成义研究员,以及东华大学材料科学与工程学院张青红研究员为论文通讯作者。该研究工作由东华大学作为唯一通讯单位主导完成,合作单位包括新加坡国立大学与安徽农业大学。(完)

原标题:上海科研团队研发“不插电”的发光发电纤维 在智能纤维领域取得重要突破

 
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