中新網上海4月5日電 (記者 許婧)東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組研發出集無線能量采集、信息感知與傳輸等功能于一體的新型智能纖維,由其編織制成的智能紡織品無需依賴芯片和電池便可實現發光顯示、觸控等人機交互功能。
這一突破性成果為人與環境的智能交互開辟了新可能,具有廣泛應用前景。相關研究成果5日發表于《科學》(Science)雜志。
4月5日,東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組在Science(《科學》)上發表了題為“Single body-coupled fiber enables chipless textile electronics”的研究論文。 東華大學供圖
隨著科技不斷發展,智能可穿戴設備正逐漸成為我們生活的一部分,并在健康監測、遠程醫療和人機交互等領域發揮著越來越重要的作用。相較于傳統剛性半導體元件或柔性薄膜器件等,由智能纖維編織而成的電子紡織品具有更好的透氣性和柔軟度,被視為理想的可穿戴設備載體。
目前,智能纖維的開發多基于“馮·諾依曼架構”,即以硅基芯片作為信息處理核心開發各種電子纖維功能模塊,如信號采集的傳感纖維、信號傳輸的導電纖維、信息顯示的發光纖維、能量供應的發電纖維等。不過,現階段的智能紡織品仍依賴于芯片和電池,體積、重量和剛性大,難以同時滿足人們對紡織品功能性和舒適性的需求。
該研究中,東華大學科研團隊開創性地提出了“非馮·諾伊曼架構”的新型智能纖維,有效地簡化了可穿戴設備和智能紡織品的硬件結構,優化了它們的可穿戴性。該工作實現了將能量采集、信息感知、信號傳輸等功能集成于單根纖維中,并通過編織制成不依賴芯片和電池的智能紡織品。
“不插電”就能發光發電的纖維,其中到底有怎樣的奧妙呢?答案就是我們的身體。該研究提出把人體作為能量交互的載體,開辟了一條便捷的能量“通道”,原本在大氣中耗散的電磁能量優先進入纖維、人體、大地組成的回路,恰恰就是這一“日用而不覺”的原理,促成了“人體耦合”的新型能量交互機制。在添加特定功能材料以后,僅僅經過人體觸碰,這種新型纖維就會展現發光發電的“神奇一幕”。
人體耦合電磁能量收集示意圖。東華大學供圖
“這款新型纖維具有三層鞘芯結構,所采用的均是市面上比較常見的原材料。原材料成本低,纖維和織物的加工都能夠用成熟的工藝實現,已具備量產能力。”論文第一作者、東華大學材料科學與工程學院博士研究生楊偉峰說。
對智慧生活場景的展望。東華大學供圖
該研究還展示了這種基于人體耦合原理的智能纖維的幾種應用:在不使用芯片和電池的情況下,實現了纖維觸控發光、織物顯示以及無線指令傳輸等功能。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,這些新穎的功能有望拓展電子產品的應用場景,甚至改變人們智慧生活的方式。
先進功能材料課題組部分師生。東華大學供圖
課題組組長王宏志教授介紹,下一階段課題組將深入研究如何讓這種新型纖維能夠更有效地從空間中收集能量,并以此驅動更多功能,包括顯示、變形、運算、人工智能等,相信在不久的未來,智能服裝能做更多事,人會變得更加強大,對于環境也會有更好的適應性。
同期,Science還邀請美國伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校、麻省理工學院的專家對該成果進行了評述報道。該成果被認為有望改變人與環境以及人與人之間的交互方式,對功能性纖維的開發以及智能紡織品在不同領域的應用具有重要的啟發意義。在基礎研究方面,因為該智能纖維和紡織品能夠在不干擾人們日常活動的情況下“不知不覺地”大規模采集身體觸覺數據,因此能夠更高效和便捷地收集人體與外界交互過程中的物理信息,這將有望影響人體物理交互研究用基礎模型的發展。
楊偉峰為論文第一作者,纖維材料改性國家重點實驗室(東華大學)王宏志教授、侯成義研究員,以及東華大學材料科學與工程學院張青紅研究員為論文通訊作者。該研究工作由東華大學作為唯一通訊單位主導完成,合作單位包括新加坡國立大學與安徽農業大學。(完)
原標題:上海科研團隊研發“不插電”的發光發電纖維 在智能纖維領域取得重要突破
生態環境部發布關于同意阿科瑪(常熟)氟化工有限公司等13家企業2024年度含氫氯氟烴和氫氟碳化物生產配額調整的復函。阿科瑪(常熟)氟化工有限公司,阿科瑪(常熟)特種材料有限公司,中化藍天氟材料有限公司......
近日,中國農業科學院麻類研究所可降解材料開發與利用創新團隊聯合湖南農業大學、華東理工大學、加拿大滑鐵盧大學等,利用麻類天然生物質材料,研制了一種黃麻納米纖維本征保鮮涂層,并成功應用于香蕉和芒果的貯藏,......
縱觀人類發展史,科技創新在推動經濟發展、提升生活品質、促進社會進步等方面發揮了巨大作用。如今,面對世界新一輪科技革命和產業變革,我們必須在前瞻性、戰略性領域下好“先手棋”,方能實現“從0到1”的突破。......
工信部7日在其官方網站發布2024年1-4月全國鋰離子電池行業運行情況。數據顯示,2024年1-4月,我國鋰離子電池(下稱“鋰電池”)產業保持增長態勢。根據鋰電池行業規范公告企業信息和行業協會測算,1......
在澳大利亞雅拉山谷中,一場電池技術革命正悄然上演。這里,鈉離子電池為住宅樓和商業企業提供穩定的電力支持,邁出可持續電池應用的重要一步。鋰電池幾乎憑借一己之力成為影響人們生活最廣泛、最深遠的科技之一,但......
據華中科技大學6日消息,由該校集成電路學院、武漢光電國家研究中心教授臧劍鋒領銜的團隊,研發出可注射超凝膠超聲傳感器,這種用水凝膠材料制成、如一粒芝麻大小的傳感器注入體內后,不僅可以自行降解,還能把精確......
華東理工大學化學與分子工程學院、費林加諾貝爾獎科學家聯合研究中心特聘副研究員趙杰課題組,在異相單原子催化領域中取得新進展,展現了異相單原子催化在有機合成中的潛力和前景,相關研究發表于《美國化學會志》。......
鋼研納克6月6日在互動平臺表示,公司主要開展金屬材料檢測相關業務,檢測能力包括航空航天所涉及的金屬等材料;公司部分分析儀器也可應用于航空航天材料檢測。關于鋼研納克:鋼研納克檢測技術股份有限公司(股票代......
作為波譜學的重要分支,電子自旋的直接表征工具,順磁共振波譜學具有不可替代的重要作用。近年來,我國電子順磁共振波譜學在物理、化學、材料科學、生命科學、醫學和環境科學等領域,取得了許多令人矚目的研究成果,......
湖南大學、中國農業科學院麻類研究所、中南大學等單位合作,利用環糊精等為原料,基于低共熔策略制備了超分子玻璃。近日,相關研究成果在線發表于NatureCommunications上。超分子玻璃制備過程。......