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无需芯片和电池,手触就能发光 未来可视化传感,遥控电子产品

桂粤科普
桂林理工大学教师,三年科普中国优秀信息员、广东科学传播达人。
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我国科学家研发出新型智能纤维,无需芯片和电池,手触就能发光 未来可视化传感,遥控电子产品

新型纤维为三层鞘芯结构

●芯层:感应交变电磁场的纤维天线(镀银尼龙纤维)

●中间层:提高电磁能量耦合容量的介电层

●外层:电场敏感的发光层

新华社上海4月6日电 记者近日从东华大学获悉,该校科研人员成功研发出集无线能量采集、信息感知与传输等功能于一体的新型智能纤维,由其编织制成的纺织品无需依赖芯片和电池便可实现发光显示、触控等人机交互功能。

该成果近日发表于国际学术期刊《科学》,被认为有望改变人与环境以及人与人之间的交互方式,对功能性纤维开发以及智能纺织品在不同领域的应用具有重要启发意义。

当前,智能可穿戴设备已成为日常生活的一部分,并在健康监测、远程医疗、人机交互等领域发挥着重要作用。相较于传统刚性半导体元件或柔性薄膜器件等,由智能纤维编织成的电子纺织品具有更好的透气性和柔软度,但目前智能纤维开发多基于“冯·诺依曼架构”,即以硅基芯片作为信息处理核心开发各种电子纤维功能模块,如信号采集的传感纤维、能量供应的发电纤维等,复杂得多模块集成必然增大了纺织品的体积、重量和刚性。

东华大学材料科学与工程学院先进功能材料课题组在一次实验中,偶然发现纤维在无线电场中发出了光。以此为基础,课题组开创性地提出“非冯·诺依曼架构”的新型智能纤维,实现了将能量采集、信息感知与传输等功能集成于单根纤维中。

发光发电 原理是什么?

以人体为能量交互载体,使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

课题组成员杨伟峰表示,电磁场和电磁波在生活中无处不在,这些电磁能量就是这种新型纤维的无线驱动力,而人体作为能量交互的载体,开辟了一条便捷的“通道”,使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。记者看到,仅是用手轻触,这种添加了特定功能材料的新型纤维便呈现了发光发电的神奇景象。

据介绍,新型纤维具有三层鞘芯结构,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、外层为电场敏感的发光层,原材料成本低,纤维和织物的加工都已有成熟工艺。

这些纤维 能用来做啥?

有望运用到日用纺织品中,当它们接触人体时,可通过发光进行可视化的传感、交互,进而对电子产品进行无线遥控

在不使用芯片和电池的情况下,科研人员还通过这种新型纤维实现了织物显示、无线指令传输等功能。纤维材料改性国家重点实验室(东华大学)研究员侯成义表示,新型纤维有望运用到服装服饰等日用纺织品中,当它们接触人体时,可通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明,还能对人体不同姿态动作产生独特的无线信号,进而对电子产品进行无线遥控,这些新功能或会改变人们智慧生活的方式。

课题组表示,深入研究如何让新型纤维更有效地从空间中收集能量,并以此驱动包括显示、变形、运算等在内的更多功能,将是团队下一阶段的工作。

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2024-04-08