你是否見過穿上后就能自發光且發電的纖維?你希望智能可穿戴設備有哪些功能呢?4月5日，東華大學材料科學與工程學院先進功能材料課題組在《科學》雜志上發表了他們的研究論文。該研究提出了一種基于“人體耦合”的能量交互機制，成功研發出一種新型智能纖維，這種纖維集成了無線能量采集、信息感知與傳輸等功能。由這種纖維編織而成的智能紡織品，無需依賴芯片和電池，就能實現發光顯示、觸控等人機交互功能。

這一突破性成果為人與環境的智能交互開辟了新可能，具有廣泛應用前景。

“人體耦合”智能纖維的工作機制及其與傳統電子織物的對比。受訪對象供圖

智能可穿戴設備正逐漸成為人們生活的一部分。目前，智能纖維的開發多基于“馮·諾依曼架構”，智能紡織品仍依賴于芯片和電池，體積、重量和剛性大，難以同時滿足人們對紡織品功能性和舒適性的需求。

東華大學科研團隊開創性地提出了“非馮·諾伊曼架構”的新型智能纖維，有效地簡化了可穿戴設備和智能紡織品的硬件結構，優化了它們的可穿戴性。

該研究實現了將能量采集、信息感知、信號傳輸等功能集成于單根纖維中，并通過編織制成不依賴芯片和電池的智能紡織品。

“不插電”就能發光發電的纖維，到底有什么奧妙?在日常生活中，散布在環境中的電磁能量又是如何“傳遞”到纖維上的?

該研究提出把人體作為能量交互的載體，開辟了一條便捷的能量“通道”。原本在大氣中耗散的電磁能量優先進入纖維、人體、大地組成的回路，恰恰就是這一“日用而不覺”的原理，促成了“人體耦合”的新型能量交互機制。

在添加特定功能材料后，僅僅經過人體觸碰，這種新型纖維就會展現發光發電的“神奇一幕”。

“這款新型纖維具有三層鞘芯結構，所采用的均是市面上比較常見的原材料。芯層為感應交變電磁場的纖維天線(鍍銀尼龍纖維)、中間層為提高電磁能量耦合容量的介電層(BaTiO3復合樹脂)、外層為電場敏感的發光層(ZnS復合樹脂)。原材料成本低，纖維和織物的加工都能夠用成熟的工藝實現，已具備量產能力。”論文第一作者、東華大學材料科學與工程學院博士研究生楊偉峰說。

該研究還展示了這種基于人體耦合原理的智能纖維的幾種應用：在不使用芯片和電池的情況下，實現了纖維觸控發光、織物顯示以及無線指令傳輸等功能。東華大學纖維材料改性國家重點實驗室侯成義研究員表示：“這種新型纖維能夠運用到服裝服飾、布藝裝飾等日用紡織品中，當它們與人體接觸時，通過發光進行可視化的傳感、交互甚至高亮照明，同時它們還能對人體的不同姿態動作產生無線信號，進而對智能家電等電子產品進行無線遙控。這些新穎的功能有望拓展電子產品的應用場景，甚至改變人們智慧生活的方式。”

王宏志教授，課題組的負責人，分享了他們的未來計劃：“在接下來的研究中，我們將專注于探索如何使這種創新纖維更高效地從環境中捕獲能量，并利用這些能量來驅動更廣泛的功能，如顯示技術、形態變化、數據處理和人工智能等。”