導讀

　　近日，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）科學家們采用一種快速簡便的途徑，制造出超彈性、多元材料、高性能的纖維。這種纖維已經作為傳感器用在機器人手指和衣服中。這一突破性方法為新型智能織物和醫用植入物創造了條件。

　　背景

　　纖維，是紡織品中的一種重要成分。新型纖維的研發對于智能織物、智能可穿戴設備、柔性電子的發展都有着非常重要的意義與價值。為了更直觀的展示新型纖維的作用，讓我們一起回顧一下以往介紹過的經典案例：

　　1）美國北卡羅來納州立大學開發的一種具有柔性和彈性的觸敏纖維，它可以檢測到觸摸、張力與扭曲，應用于智能織物與可穿戴電子設備。

　　（圖片來源：北卡羅來納州立大學）

　　2）韓國科學技術院科研團隊開發出一種位于超薄纖維上的高效有機發光二極管（OLED），它有望廣泛應用于可穿戴的柔性顯示設備。

　　（圖片來源：KAIST）

　　3）美國萊斯大學的研究人員研發出由碳納米管纖維制成的無線天線，性能堪比銅天線，而重量卻隻有銅天線的1/20。因為重量和柔性方面的優勢，它有望應用于航空航天領域和可穿戴電子設備。

　　（圖片來源：Jeff Fitlow / 萊斯大學）

　　創新

　　近日，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）科學家們采用一種快速簡便的途徑，制造出超彈性、多元材料、高性能的纖維。這種纖維已經作為傳感器用在機器人手指和衣服中。這項突破性的方法為新型智能織物和醫用植入物創造了條件。

　　（圖片來源：JAlban Kakulya / EPFL）

　　這種纖維由 EPFL 光子材料和纖維設備實驗室（FIMAP）開發，團隊由 Fabien Sorin 帶領。科學家們采用一種快速簡便的方法，将不同種的微結構嵌入到超彈性纖維中。例如，他們通過在“關鍵位置”添加電極，将纖維轉化為超靈敏的傳感器。而且，他們的方法還可以在短時間内制造出幾百米的纖維。

　　最近，這項研究的相關論文發表于《先進材料（Advanced Materials）》雜志。相關的專利已經提交申請。

　　技術

　　這是一種思考傳感器的全新方式。EPFL 開發的這種微型纖維由彈性體制成，可以包含像電極和納米複合聚合物之類的材料。即使最輕微的壓力和應變，這種纖維也能檢測到。此外，它在經受接近500%的變形之後，還可以恢複原狀。所有這些都使它能夠完美地應用于智能衣服、義肢和為機器人設計的人造神經等方面。

　　為了制造這種纖維，科學家們采用了一種熱拉伸工藝，這是一種制造光纖的标準工藝。一開始，他們創造出了宏觀的預制件，其中的各種纖維成分排列成精心設計的三維圖案。然後，他們加熱預制件，将它拉伸，就像熔融的塑料一樣，從而制造出直徑達幾百微米的纖維。這一工藝縱向地拉伸纖維成分圖案，同時也會橫向地壓縮纖維成分，也就是說纖維成分的相對位置保持不變。最終的成果是一組具有極度複雜微結構和高級特性的纖維。

　　迄今為止，熱拉伸隻能用于制造剛性纖維。但是，Sorin 及其團隊卻采用它制造彈性纖維。在新的材料選擇标準的幫助下，他們可以識别出一些加熱後具有高粘度的熱塑性彈性體。在纖維受到拉伸後，它們會拉長和變形，但是卻總能恢複其原始形狀。

　　剛性材料，例如納米複合聚合物、金屬和熱塑性塑料，以及可以輕易變形的液态金屬，都會被引入到纖維中。Sorin 表示：“例如，我們可以在纖維的頂部添加三根電極，底部添加一根。纖維受到的壓力多少，決定了不同的電極産生接觸。例如，這将導緻電極傳遞信号，這種信号被讀取後，可以準确地判斷出纖維受到了何種壓力，例如壓應力或剪應力。”

　　價值

　　科學家們與 Oliver Brock 教授（柏林工業大學機器人與生物實驗室）合作，将這種纖維作為人造神經，集成到機器人手指中。每當手指觸碰東西的時候，纖維中的電極就會傳遞機器人與周圍環境之間的觸覺交互信息。他們還有一種測試方法，就是将他們的纖維添加到大網眼衣服上，檢測壓力和拉伸。Sorin 表示：“例如，我們的技術可用于開發能直接集成到衣服中的觸摸鍵盤。”

　　（圖片來源：EPFL）

　　（圖片來源：EPFL）

　　（圖片來源：EPFL）

　　研究人員也看到了許多其他的潛在應用。尤其是，熱拉伸工藝經過簡單調整後可以用于量産。這對于制造業來說是一個真正的優勢。紡織行業已經對于這項新技術展示出濃厚的興趣。

　　關鍵字

　　纖維、智能織物、機器人、傳感器、工藝

　　參考資料

　　【1】htt