MIT實現(xiàn)用布料制成通信系統(tǒng)

可穿戴技術(shù)實現(xiàn)重大突破，你的衣服可由電子設(shè)備編織而成。近日，麻省理工學院的研究人員成功將包含了發(fā)光二極管（LED）和光敏二極管在內(nèi)的高速光電子半導體器件嵌入纖維內(nèi)，織成耐水洗的柔性布料，實現(xiàn)用布料制成一個通信系統(tǒng)。

這標志研究人員終于實現(xiàn)將半導體融入紡織物以創(chuàng)造智能面料的目標，同時這也填補了紡織制造業(yè)中復雜功能性面料技術(shù)的空白。研究人員預測這種纖維在未來數(shù)十年內(nèi)將以指數(shù)增長的速度迅速發(fā)展。

本周，這項研究成果在《自然》上發(fā)表。作者分別是畢業(yè)于麻省理工學院的研究生Michael Rein，麻省理工學院材料科學與電子工程系的教授、面料公司Advanced Functional Fabrics of America（AFFOA）的CEO Yoel Fink，以及一個來自AFFOA、Inman Mills、洛桑聯(lián)邦理工學院和林肯實驗室的團隊。

圖| 嵌入了LED的新型纖維（圖片由研究人員提供）

光纖的傳統(tǒng)制造方法是制作一個放大版的光纖作為預制件，將預制件加熱軟化后，在張力下拉伸得到的光纖。

制造新型纖維的關(guān)鍵突破是將一個只有沙粒大小的發(fā)光半導體二極管和一對極細的銅線聚合成預制件。在將纖維的加熱拉伸過程中，聚合物預制件部分液化，形成長纖維，二極管沿纖維中心軸向分布并通過銅線連接。

這個過程使用的半導體器件是由發(fā)光二極管（LED）和光敏二極管構(gòu)成。在拉伸過程中，半導體和銅線尺寸保持不變，同時纖維在兩者四周收縮，得到的光纖在織成整塊面料后，還需要經(jīng)過10次洗滌來驗證其作為衣服材料的實用性。

論文的第一作者Rein說：“這種新工藝給光纖制造打開了新的思路，我們不是將所有材料以液態(tài)的形式聚合在一起，而是將金屬線與顆粒狀的部件聚合在一起?！?/p>

聚合功能的纖維材料本身的一個優(yōu)點是天然具有防水性。為了證明這一點，該團隊將一些光電探測纖維放入魚缸內(nèi)。在魚缸外的讓一盞燈以光學信號的形式將音樂傳送到水中光纖。魚缸中的光纖將光脈沖轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，最后轉(zhuǎn)換成音樂。

雖然這種纖維制造的原理聽起來十分簡單，但要實現(xiàn)保質(zhì)保量的規(guī)模化生產(chǎn)則是一個漫長而艱難的過程。AFFOA的工作人員開發(fā)的這種提高纖維產(chǎn)能的方法，為實現(xiàn)這種纖維的工業(yè)化生產(chǎn)做好了準備。與此同時，Inman Mills的Marty Ellis則開發(fā)出了一項新技術(shù)，讓功能纖維能夠通過傳統(tǒng)大規(guī)模紡織機制成紡織面料。

Fink說：“這篇論文為將半導體器件結(jié)合到纖維上提供了捷徑。我們預計這種纖維技術(shù)會在未來幾年中高速發(fā)展。如今，我們已經(jīng)能夠拓展面料的一些基本功能，包括通信，照明，生理監(jiān)測等。在未來幾年，面料將能夠提供更多的智能服務(wù)?！?/p>

Fink表示，這項技術(shù)最初的商業(yè)應(yīng)用將是與通信和安全相關(guān)的產(chǎn)品，第一批產(chǎn)品將于明年進入市場。這將是第一個紡織物通信系統(tǒng)。他說，“我們正以前所未有的速度和規(guī)模將這項技術(shù)向國內(nèi)制造商推廣。從實驗室研究到商業(yè)化的過程非常迅速。要實現(xiàn)快速的科研成果商業(yè)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵是要像AFFOA一樣去建立“學術(shù)-產(chǎn)業(yè)-政府”三方合作?！?/p>

除了商業(yè)應(yīng)用，F(xiàn)ink說，美國國防部作為AFFOA的主要支持者，也正在探索柔性硬件面料在工作制服上的應(yīng)用。

研究人員還提到，除了通信領(lǐng)域外，這些纖維在生物醫(yī)學領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用價值。例如，制造可測量脈搏或血氧水平的腕帶或是持續(xù)監(jiān)測傷口愈合過程的繃帶。