智能衣服-充滿電極的彈性纖維

智能衣服-充滿電極的彈性纖維

這是思考感測器的全新方式。EPFL開發的微小纖維由彈性體製成，可以包含電極和納米複合材料等材料。纖維甚至可以檢測到最輕微的壓力和應變，在恢復其初始形狀之前可承受接近500％的變形。所有這一切使它們成為智能服裝和假肢應用的理想選擇，並為機器人創造人造神經。

這些光纖是由EPFL的光子材料和光纖器件實驗室（FIMAP）開發的，由Fabien Sorin在工程學院領導。科學家提出了一種快速簡便的方法，將不同種類的微結構嵌入超彈性纖維中。例如，通過在關鍵位置添加電極，他們將光纖變為超靈敏的感測器。更重要的是，他們的方法可用於在短時間內生產數百米的光纖。

加熱，然後拉伸

為了製造纖維，科學家們使用了熱拉伸工藝，這是光纖製造的標準工藝。他們首先創建了一個宏觀的預製棒，其中各種纖維組件以精心設計的3D模式排列。然後，他們加熱預製棒並將其拉伸，像熔化的塑料一樣，製成直徑數百微米的纖維。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。最終的結果是一組具有極其複雜的微架構和先進性能的光纖。

到目前為止，熱拉伸可用於製造剛性纖維。但索林和他的團隊使用它來製造彈性纖維。在選擇材料的新標準的幫助下，他們能夠確定一些加熱時具有高粘度的熱塑性彈性體。纖維拉伸後，它們可以拉伸變形，但總是恢復到原來的形狀。

剛性材料如納米複合材料聚合物，金屬和熱塑性塑料可以引入纖維中，也可以引入容易變形的液態金屬。「例如，我們可以在光纖的頂部添加三個電極串，在底部添加一個電極串，不同的電極將會接觸，這取決於壓力如何施加到光纖上，這將導致電極傳輸信號，然後可以讀取這些數據以確定纖維的受力類型 - 例如壓縮應力或剪切應力，「Sorin說。

機器人的人工神經

與柏林技術大學機器人和生物學實驗室的Oliver Brock博士教授合作，科學家將他們的纖維作為人造神經集成到機器人手指中。無論什麼時候手指接觸到某物，光纖中的電極都會傳輸有關機器人與其環境的觸覺交互的信息。研究團隊還測試了將纖維添加到大網眼衣物中以檢測壓縮和拉伸。「我們的技術可以用來開發一種直接集成到服裝中的觸摸鍵盤，」索林說。

研究人員看到許多其他潛在的應用。特別是因為熱拉伸工藝可以輕鬆調整大規模生產。這對製造業來說是一個真正的優勢。紡織部門已經對新技術表示了興趣，專利也已經提交。

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