侯成義

最近，我所在的東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院先進功能材料課題組成功研發(fā)出了一種新型智能纖維，這種纖維無需依賴芯片和電池，在電磁波的環(huán)境中與人體接觸就能實現(xiàn)發(fā)光顯示、觸控等人機交互功能，為智能紡織品的發(fā)展開辟了新的可能性。

什么是智能纖維？

生活中你所熟悉的纖維，通常是衣服中的一根根絲，它們除了負責(zé)保暖、美觀、舒適，還有一些隱藏“大招”，如抗菌、除臭、阻燃、吸濕等。這些纖維通常被稱作“功能纖維”。

那么，更進一步，什么是“智能纖維”呢？在科幻電影中出現(xiàn)的能幫助“超級英雄”隱身、飛翔，和他們對話交流，甚至具有自我意識的神奇“戰(zhàn)衣”，是否真的能實現(xiàn)？我們的回答是：通過“智能纖維”，真的能實現(xiàn)！

智能纖維，是能夠感知外界環(huán)境，如力、熱、化學(xué)反應(yīng)、光、電、磁等并做出主動反饋和響應(yīng)的纖維?？?，這根放在手上就能發(fā)光的纖維，就是我們研究的主角：智能纖維。

智能纖維的“智能化”從何而來？

說到智能化，你可能想到的是智能手機等電子設(shè)備，它們都是基于經(jīng)典電子計算機的“馮·諾依曼架構(gòu)”，即以芯片作為信息處理的核心，由電池提供能量工作。但是想要將芯片和電池放到比頭發(fā)絲還細的纖維中，似乎是一件不可能的事情，更別說這些硬硬的電子元器件和柔軟的纖維相比，穿在身上肯定不舒服。

我們團隊的這項研發(fā)，提出了一種全新的被稱為“人體耦合”的能量與信息交互機制。在日常生活中，電磁場和電磁波無處不在，“人體耦合”機制正是以人體為媒介，將這些無處不在的電磁能量在纖維里轉(zhuǎn)換為光和電。這一原理說起來簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用卻是一項技術(shù)上的重大突破。

要理解“人體耦合”這一概念，你可以把它想象成能量接力游戲：

在我們生活的空間，充滿了各種電磁波，比如使用中的充電線、手機等，都在收/發(fā)電磁波。這些電磁波就像是飄在空氣中的能量，無處不在，但通常情況下，我們無法直接利用它們。我們在研究中發(fā)現(xiàn)，當把一種特殊結(jié)構(gòu)的纖維放在這樣的電磁波環(huán)境中，能量會在纖維里匯聚，當人體接觸到這種纖維時，能量就會在纖維、人體、大地這條通路中“跑起來”。能量在通過纖維與人體接觸的位置時，會發(fā)生神奇的轉(zhuǎn)換，變成光和電。于是，我們利用“發(fā)光”這一現(xiàn)象，將纖維和它編成的織物做成了織物顯示器；利用“發(fā)電”這一現(xiàn)象，將纖維和織物做成了織物觸摸屏。這些織物顯示器和觸摸屏跟我們的手機不一樣，不再依賴芯片和電池就能夠工作。

怎樣制作智能纖維？

雖然這種智能纖維和頭發(fā)絲一樣細、一樣軟，但當我們用放大鏡去觀察，可以發(fā)現(xiàn)它和普通的纖維完全不一樣。

它就像是一根很細的電纜，由一層又一層特殊涂層包覆的“同軸皮-芯” 結(jié)構(gòu)組成。最中心的芯層是感應(yīng)電磁場的纖維天線（鍍銀尼龍纖維），它的外面涂了一層幫助收集電磁能量的介電層（鈦酸鋇復(fù)合樹脂），最表面是一層對電場響應(yīng)的發(fā)光層（硫化鋅復(fù)合樹脂）。這些原材料成本很低，甚至很容易就能在網(wǎng)上買到，如果你想自己在家制作這么一根智能纖維都是極有可能的。

智能纖維制作好后，我們可以用縫紉機將它加工到各種面料中，甚至用更大型的織造機器將它直接做成一塊智能織物。接下來，我們就能把它繼續(xù)加工成衣服、地毯、毛巾等日用品，看看它能為我們的生活帶來哪些變化。

新型纖維應(yīng)用前景

不同于傳統(tǒng)的“馮·諾依曼架構(gòu)”智能產(chǎn)品，這種新型的智能纖維和紡織品不僅不需要依賴芯片和電池來實現(xiàn)功能，相反，每一根纖維都可以獨立地接收和響應(yīng)環(huán)境中的能量，直接發(fā)生相應(yīng)的反饋，比如發(fā)光或發(fā)射無線信號。

將這種新型纖維運用到服裝服飾、布藝裝飾等日用紡織品中，當它們與人體接觸時，可以通過發(fā)光進行可視化的傳感、交互甚至高亮照明；它們還能對人體不同姿態(tài)動作產(chǎn)生獨特的無線信號，進而對智能家電等電子產(chǎn)品進行無線遙控。這些新穎的功能有望拓展電子產(chǎn)品的應(yīng)用場景，甚至改變?nèi)藗冎腔凵畹姆绞健?/p>

這項研究不僅展示了智能紡織品的無限潛力，更為未來的人機交互提供了全新的思路。隨著科技的不斷進步，智能紡織品將成為我們生活中不可或缺的一部分，為我們帶來更加智能、便捷、舒適的生活體驗。