你是否见过穿上后就能自发光且发电的纤维?你希望智能可穿戴设备有哪些功能呢?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《科学》杂志上发表了他们的研究论文。该研究提出了一种基于“人体耦合”的能量交互机制，成功研发出一种新型智能纤维，这种纤维集成了无线能量采集、信息感知与传输等功能。由这种纤维编织而成的智能纺织品，无需依赖芯片和电池，就能实现发光显示、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。
“人体耦合”智能纤维的工作机制及其与传统电子织物的对比。受访对象供图
智能可穿戴设备正逐渐成为人们生活的一部分。目前，智能纤维的开发多基于“冯·诺依曼架构”，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。
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。
该研究实现了将能量采集、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，到底有什么奥妙?在日常生活中，散布在环境中的电磁能量又是如何“传递”到纤维上的?
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”。
“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。芯层为感应交变电磁场的纤维天线(镀银尼龙纤维)、中间层为提高电磁能量耦合容量的介电层(BaTiO3复合树脂)、外层为电场敏感的发光层(ZnS复合树脂)。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。
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。东华大学纤维材料改性国家重点实验室侯成义研究员表示：“这种新型纤维能够运用到服装服饰、布艺装饰等日用纺织品中，当它们与人体接触时，通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明，同时它们还能对人体的不同姿态动作产生无线信号，进而对智能家电等电子产品进行无线遥控。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。”
王宏志教授，课题组的负责人，分享了他们的未来计划：“在接下来的研究中，我们将专注于探索如何使这种创新纤维更高效地从环境中捕获能量，并利用这些能量来驱动更广泛的功能，如显示技术、形态变化、数据处理和人工智能等。”
