智能纺织品让生活更炫酷

李伟

清晨，当你被设定的闹钟叫醒，眼前的窗帘上为你展示出当日的天气、交通状况等信息;起身下床之前，你可以看看被子上显示的昨夜睡眠情况和身体各项健康指标;放在地毯上的手机已经充好电;衣服可以充当触摸屏，方便你随时随地处理各项事务……这听上去像是科幻小说中的场景。剑桥大学的科研团队或许能在不久的将来让这一切成为现实。

随着智能家居、物联网等概念的普及，智能纺织品也成为科学家研究的焦点之一。如果大街小巷、千家万户随处可见纺织品充当各类电子元器件，那么我们的生活势必变得更加便捷、炫酷。不过，智能纺织品的功能、尺寸和形状一直受到制造工艺的限制。特殊纤维的制造受到尺寸限制，无法投入实际应用，相关技术和编织工艺也存在难点。

有相关研究提出，可以通过传统的编织或针织工艺，将某些特殊的智能纤维直接整合到纺织品中。一旦成功，就意味着它们可以被制成日常用品，从而大大扩展智能纺织品的应用前景。

剑桥大学的科研团队研发出一种基于纺织品的智能显示系统，将智能传感器、LED显示器、电能收集与存储装置集成到纺织品中，不仅能实时显示信息，提供触摸交互模式，还能任意弯曲折卷。

据英国《自然通信》杂志报道，这个研发项目首次使用完全基于纤维的制造工艺，将可扩展的复杂电子系统集成到纺织品中，使其具有融合在日常物品中、可直接投入大规模生产的应用前景。

剑桥大学的科研团队编织出一些基于纤维的组件，确保其可靠性和耐用性。他们使用导电黏合剂和激光焊接技术，将多个光纤组件连接一起。这套方法建立在纳米技术、先进显示器、传感器、能源技术和纺织品制造工艺的融合之上。

结合这些技术，再通过标准、可扩展的纺织品制造工艺，即可将多种功能整合到一大块机织纺织品中。这种织物可用于显示信息、监控输入信息及存储能量。当显示器播放彩色影像时，也能像布料那样弯曲。其里面的传感器和天线由纤维构成，这些纤维能检测到射频信号、触摸动作、光线和温度，在传输电能的同时，还能存储一定的能量。

这种可操作的智能纺织品，是智能家居和物联网方面的革命性应用。其中的分立式元器件展示了材料技术和制造技术的新颖性，包括显示、电力传输、触摸传感、光电检测、信号监测和能量存储等。

那么，该系统的功能具体是如何实现的呢？

剑桥大学的研究团队成功开发出名为F-devices的智能纺织品系统，其原型设备的对角线长约46英寸。虽然外观与普通布艺纺织品别无二致，但它可以作为电子显示屏运行，实时监测并显示射频信号、温度、光线、触摸动作信息、生物传感信息，还能自动收集并存储电能。

研究团队将射频天线、光电探测器、触摸传感器、温度传感器、生物传感器模块、能量存储模块六大纤维部件集成起来，同时以RGB纤维为原材料，实现了显示屏的多重功能。其中，光电探测器与温度传感器用于环境监测，当接收输入信号后（比如被紫外线照射），该智能显示屏就会实时显示当前信息。生物传感器则用于监测人体各项指标。

实验中，工作人员使用该系统读取自身心跳，显示屏实时显示心电图。触摸传感器则被设计用于操作每个光纤设备。为了实现生活应用，研究团队在其中加入了智能小工具和与物联网相关的数十个执行术语。此外，研究团队还在智能纺织品显示屏上集成了电量收集与存储模块，从而保证可独立地向显示屏持续供电。

为了让智能显示屏与编织工艺完美融合，研究团队在每个纤维部件上都涂覆了可承受足够拉伸力的材料。

为了提高智能显示屏的可靠性和耐用性，研究团队还编织了一些基于纤维的组件，经过1000次机械与电气稳定性测试以及防水测试，光纤组件均无机械性损伤，其性能偏差也被控制在可接受的范围之内。

能感受到触摸的电子纺织品

电子纺织品

智能电子纺织品

尽管涉及的技术原理并不复杂，但要编织出工整的智能电子布料，十分考验技巧和耐心——一块毛巾大小的智能布料，就需要几名科研人员编织好几天。在分线时，要把上百根细线一根根地分开，然后再一根根穿过孔洞。编织时，不仅要将梭子来回穿插，还得不断手动调整，以确保成品智能布料的松紧度均匀。为了让编织好的纺织材料更具艺术感，科研人员还要将其边缘打成流苏结。

研究团队表示，此次制造的原型显示器，为下一代电子纺织品的应用铺平了道路。这些应用可能涉及智能与节能建筑等领域，比如采用智能纺织品技术的建筑可以自行生产和存储能源。此外，物联网、分布式传感器网络以及与纺织品集成的、可穿戴的交互式显示器，都将向前迈进一大步。

此项研究的领导者之一、剑桥大学工程系教授金中民表示：“我们的方法建立在微纳米技术、先进显示器、传感器、能源和工业纺织品制造的重重融合之上，这朝着在日常生活中充分利用可持续、便捷的电子纤维和电子纺织品迈出了重要一步。”

这些灵活而实用的智能纺织品，最终可以被制成电池、超级电容器、太阳能电池板和其他设备。

正如另一位研究领导者、剑桥大学工程系教授路易吉所说：“通过集成基于光纤的电子、光子、传感和能量功能，我们可以開发全新的智能设备和联合系统。此次研究是对纺织制造潜力的一次深入探索，通过该技术，我们很快就会看到能源自主的智能物联网设备，这些设备将可以无缝集成到日常物品和许多其他行业应用中。”

智能电子纺织品可用于制造运动服

该显示器在智能家居和物联网中有着巨大潜力，并为下一代电子纺织品应用铺平了道路，应用场景包括可以产生和储存自身能源的节能建筑、物联网设备、分布式传感器网络以及交互式显示器等。不难想象，在不久的将来，家里挂的窗帘其实就是电视机或显示器。

再想象一下，当厂商去参加展会，需要提早打印好海报，如果要显示视频，还得提前运送并架设好显示器。得益于智能纺织品的可弯曲性和可卷曲性，以后只须做好电子文档，带着轻便的纺织显示器来到展览馆即可。对于观展者来说，还可通过集成的触摸传感器与显示器进行互动。

据悉，该原型设备不仅可像电视一样作为显示彩色影像的显示器，还可捕捉心脏活动并将其显示为心电图。剑桥大学的科研团队正在和欧洲的一些企业合作，以使该技术尽早应用于人们的日常生活。他们还将把可持续使用的材料整合入纤维，以提供一种新型能源纺织系统。这种兼具柔性和功能性的智能织物，最终可以制成电池、超级电容器、太阳能电池板和其他设备。

编辑：姚志刚  winter-yao@163.com