智能织物领域新发明：新型弹性触敏纤维！
导读
也许未来的可穿戴设备，真正可以像衣服一样穿在身上。最近，美国北卡罗来纳州立大学的研究人员设计了一种有弹性的「触敏纤维」，它可以作为电子设备的人机交互接口使用，未来有望应用于可穿戴设备等多个领域。
（图片来源于：北卡罗来纳州立大学）
智能织物
去年，John 给大家介绍过一些智能织物项目，先作一下简单回顾。
首先，要提及的是科技巨头谷歌的Jacquard，这个项目的创意很简单，即在日常衣物等纺织品内，编织导电纱线，让衣服可以像触摸屏一样，具有触摸敏感功能。这种纱线是金属合金集合棉和丝做成的。
后面，John 还介绍过谷歌使用机器人手臂，对于智能衣服进行了测试，特别是在耐用性和手势识别度方面，测试的结果还是不错的。并且，谷歌那时候也透露和服装制造商Levi Strauss 正和谷歌一起开发这个项目，并且准备发布一些用智能织物做成的牛仔裤，也不知道牛仔裤上市了没有，有没有人穿过？
另外，后面我们还介绍过美国俄亥俄州立大学使用专利的纺织品制造技术，以0.1毫米的精度，将电路绣进布料中。这样的高精度，有望将传感器，内存等电子设备集成到衣物。还有，美国红十字会卓越电子材料科学中心开发的一种由碳纳米管和氨纶纤维制成的智能纺织品，它能像肌肉和关节一样感知和运动，响应外界刺激。
最后，我们还提及了一些利用能够利用太阳能的智能纳米纺织品，包括，乔治亚理工学院的研究人员开发一种纺织物，它结合了两种电力生产方式：转化太阳能或者动能成为电力。还有，美国中佛罗里达大学(UCF)开发的可以吸收和存储太阳能的织物丝线。未来，使用这些织物做成的服装，可为例如智能手机或者GPS系统等智能电子设备供电。
所以，智能织物的应用领域和范围还是很广的，特别是在感知触摸和转化能量方面。
创新探索
然而，今天要介绍的是美国北卡罗来纳州立大学的研究人员设计了一种有弹性的触敏纤维。作为智能织物，它又有什么独特之处呢？下面带大家一起探索和发现一下。
（图片来源于：北卡罗来纳州立大学）
首先我们看看，北卡罗来纳州立大学的化学和生物分子工程系教授 Michael Dickey，也是相关研究的论文作者，他怎么说：
“我们设计的这种柔性和弹性的纤维，它能检测到「触摸、张力和扭曲」。这种细微纤维可以用于集成电子器件，用于新的领域包括可穿戴电子设备。”
关键技术
组成
这种纤维由一种管状的聚合物链构成，它包含「金属合金、共晶体镓和铟（EGaIn）」。这条链的直径只有几百微米，只比人类的头发厚那么一点点。
纤维内注入液态金属
（图片来源于：北卡罗来纳州立大学）
一端连接铜线，以胶水密封
（图片来源于：北卡罗来纳州立大学）
每条纤维由三条链构成。一条完全由 EGaIn 填充，另外一条的三分之二由EGaIn 填充，第三条只有三分之一充满 EGaIn ，然后这些细管相互紧密地缠绕在一起形成「螺旋状」结构。
原理
这种触摸敏感的纤维，其工作原理和「电容」相关。电容一般是由两块金属电极之间夹一层绝缘电介质构成，当在两金属电极间加上电压时，电极上就会存储电荷，所以电容器是储能元件。它实际也是由两个彼此由绝缘体分隔开，又相距很近的导体组成。
例如，当你的手指（导体）触摸智能手机屏幕（绝缘体）的时候，它改变你的手指和屏幕下方电子器件之间的电容。然后，智能手机技术就会将这种电容变化，转化为命令例如打开一个APP，或者在键盘上打字。
同样，当你的手指触摸这种弹性纤维的时候，它会改变你的手指和绝缘聚合物链内EGaIn之间的电容。当你将手指沿着纤维移动，电容会发生变化，这种变化取决于纤维上的某一点上，多少个链含有 EGaIn。这种效应可以根据你触摸纤维的不同部位，从而发送出不同的电子信号。
使用LED灯进行触摸演示
（图片来源于：北卡罗来纳州立大学）
相关应用
研究人员也开发了一种使用两个聚合物链组成的传感器，而这两条都完全充满了EGaIn。聚合物链再次被扭成一个紧密的螺旋。增加扭曲的数目，将拉伸弹性链，并且使得两个管子中的EGaln离得更近。这将改变两条链之间的电容。
（图片来源于：北卡罗来纳州立大学）
对此，Dickey 说：
“根据电容的变化，我们可以判定纤维被扭曲了多少次。这对于扭力传感器来说十分有价值，它可以测量某个东西扭曲了多少次，速度如何。我们的这种传感器的优势是基于弹性材料，并且可以扭曲100次以上，比现有的扭力传感器高两个数量级。”
从上述分析看来，扭力传感器是可能是这种触敏纤维，未来一项重要的产品，除此之外，因为具有触摸感应功能，在智能衣物方面，它也有着广阔的应用前景。
参考资料
【1】https://news.ncsu.edu/2017/04/touch-sensitive-elastic-wire-2017/
【2】
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