彈性纖維填充電極 徹底改變智能衣服

這是一種全新的傳感器思維方式。EPFL開發的微纖維由彈性體制成，可以加入電極和納米復合聚合物等材料。纖維甚至可以檢測到最輕微的壓力和應變，并且在恢復其初始形狀之前可以承受接近500%的變形。所有這一切使它們非常適合智能衣服和假肢的應用，以及為機器人創造人工神經。

這些纖維是由EPFL的光子材料和光纖器件實驗室(FIMAP)開發的，該實驗室由工程學院的Fabien Sorin領導。科學家提出了一種快速簡便的方法，可以在超彈性纖維中嵌入不同類型的微結構。例如，通過在關鍵位置添加電極，他們將光纖轉變為超靈敏傳感器。更重要的是，他們的方法可用于在短時間內生產數百米的光纖。他們的研究剛剛發表在Advanced Materials上。

加熱，然后拉伸

為了制造纖維，科學家們采用了熱拉伸工藝，這是光纖制造的標準工藝。他們開始創建一個宏觀的預制件，各種纖維組件以精心設計的3D圖案排列。然后，他們加熱預制棒并像熔化的塑料一樣將其拉伸，制成直徑為幾百微米的纖維。雖然這個過程縱向延伸了部件的圖案，但它也橫向收縮，這意味著部件的相對位置保持不變。最終結果是一組具有極其復雜的微結構和先進性能的纖維。

到目前為止，熱拉伸可用于僅制造剛性纖維。但索林和他的團隊用它來制造彈性纖維。借助于選擇材料的新標準，他們能夠識別出一些在加熱時具有高粘度的熱塑性彈性體。拉伸纖維后，它們可以拉伸和變形，但它們總是恢復到原來的形狀。

可以將諸如納米復合材料聚合物，金屬和熱塑性塑料的剛性材料引入纖維中，以及可以容易變形的液態金屬。“例如，我們可以在光纖頂部添加三串電極，在底部添加一根電極。根據壓力如何施加到光纖上，不同的電極會接觸。這將導致電極傳輸信號，然后可以讀取以確定光纖接觸到的應力的確切類型 - 例如壓縮或剪切應力，“索林說。

機器人的人工神經

與奧利弗布羅克博士(柏林技術大學機器人與生物學實驗室)教授合作，科學家將他們的纖維整合到機器人手指中作為人工神經。每當手指觸摸某物時，光纖中的電極就會傳遞有關機器人與其環境的觸覺交互的信息。研究小組還測試了將纖維添加到大網眼服裝中以檢測壓縮和拉伸。“我們的技術可用于開發直接集成到服裝中的觸控鍵盤，”索林說。

研究人員看到許多其他潛在的應用。特別是因為可以容易地調整熱拉伸工藝以進行大規模生產。這對制造業來說是一個真正的好處。紡織部門已表示對新技術感興趣，并已提交專利。