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未来智能穿戴::将电脑编织成纤维

2020-12-09 09:12   来源: 互联网

根据《自然》网站上的一篇文章,哈佛大学的研究人员开发了超灵敏、高弹性的应变传感器,可以嵌入纺织品和灵活的机器人系统中。这种传感器组装的智能织物在大多数情况下都能保持完好。比如,用这种智能面料制成的衣服,不仅可以让人在身上“穿”上电脑,而且经过无数次的清洗和拉扯,仍然可以正常使用。


根据剑桥大学的预测,到2022年,使用智能纺织品的可穿戴产品市场将达到700亿美元。在智能织物研究领域,织物电子技术占有重要地位。在香山科学大会召开的座谈会上,有关专家专门就织物电子、传感与计算的学术前沿、核心技术和应用前景进行了探讨。


电子科技大学移动计算中心教授陈东义说:“织物电子是在光纤或光纤组装(或织物)的维度上产生电路、传感(执行)、能量、计算和通信设备的电子技术。”,“以织物电子为基础的智能面料与服装,将推动人类社会走向泛智能时代,重构人类生活和生活方式,催生新兴的战略性产业。”


据了解,织物电子是基于技术演进的新概念,涉及功能实现在传感执行和计算方面,这与柔性电子有明显的区别。”柔性电子学是在柔性或韧性塑料或薄金属衬底上制造有机或无机材料的电子器件。它通常由四部分组成:电子元件、柔性基板、交联导体和粘结层。主要通过“印刷”来实现不过,织物电子可以使用有机、无机和蛋白质纤维材料作为原料,也可以采用编织、刺绣、编织、熔喷和粘合等工艺,“陈一舟说,在织物电子技术中,核心部件是织物电子器件。”织物电子是纤维或纤维组件(纱线、织物等),具有产生、传递、调制和测量电子的功能。“香港理工大学智能可穿戴研究中心的陶晓明教授说,有两种类型的织物电子设备。是利用具有电子功能的材料直接生成纤维、纱线或织物;另是将芯片等微电子器件组合成纤维,形成多功能织物。织物电子设备具有柔软、面积大、立体变形、重量轻、透气、穿着舒适等优点。

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考虑到电子设备的功能和可穿戴性,这是织物电子发展的最大瓶颈。

现实是,我们能接触到的智能织物主要嵌入到鞋子或衣服中,但这并不是织物电子产品的终极追求。


目前,织物电子学的发展还处于初级阶段,传统电子领域的产品开发仍然占据主导地位。因此,大多数智能服装的研究主要集中在如何在服装中缝制或嵌入设备和模块,以及如何提高可靠性、鲁棒性等技术问题,而忽略了纤维和织物电子研究和加工的技术问题。


陶晓明认为,织物电子技术可以将传统纺织品的舒适性、外观、功能性和连通性结合起来,无疑具有很大的市场潜力。然而,可靠性、交叉兼容性、设备适用性、材料可用性和间接成本等方面的挑战一直阻碍着织物电子产品的商业化。


织物电子设备或系统的形成需要应用传感技术、数据传输和存储技术、数据显示技术、能源供应技术、连接技术等。如何在考虑到织物优异的可穿戴性能的同时,保持电子设备的功能性和可靠性,是制约织物电子发展的最大瓶颈。陶晓明说。


在她看来,理想的织物电子设备或系统在功能材料的结构和性能方面仍然存在一系列挑战。阻碍织物电子系统发展的主要原因是缺乏设备性能、生产和加工的低一致性以及缺乏系统的研究和标准。


除了需要材料来实现电气性能,同时满足特定的机械和化学性能要求之外,织物电子产品的发展也面临着许多挑战,例如在设计环节中构造传感器、计算器部件或织物和纤维级集成电路,没有成熟的设计自动化和分析工具。此外,电子织物对制造环境提出了要求,仍然缺乏技术标准、测试方法和制造设备。


在这方面,陈东义提到,织物电子可以在纳米材料和结构上取得突破,传统电子、柔性电子和织物电子的结合是近期制造智能织物和服装产品的重要途径。




责任编辑:萤莹香草钟
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