一種充滿電極的彈性纖維或使智能服裝發生革命性的變化

在恢復其初始形狀之前，纖維能夠承受接近500%的變形。圖片來源：瑞士洛桑聯邦理工學院。

瑞士洛桑聯邦理工學院開發了由彈性體製成的微小纖維，其可以包括電極和納米複合聚合物等材料。這些纖維甚至可以檢測到最輕微的壓力和應變，並且能夠在恢復其初始形狀之前承受接近500%的變形，這一切使得它們在智能服裝和假肢中的應用完美，並為機器人創造人工神經。

這些纖維是在瑞士洛桑聯邦理工學院的光子材料和光纖器件實驗室（FIMAP）開發的，由工程學院的Fabien Sorin領導。科學家們提出了一種在超彈性纖維中嵌入微結構的快速簡便方法。例如，通過在戰略位置添加電極，它們將光纖轉換成超靈敏感測器。更重要的是，它們的方法可以用來在短時間內生產幾百米的纖維。他們的研究剛剛發表在《先進材料Advanced Materials》雜誌上。

為了製造它們的纖維，科學家們採用了熱拉伸工藝，這是光纖製造的標準工藝。他們開始創建一個宏觀預製件與各種纖維成分安排在精心設計的三維模式。然後，他們加熱預成型體並將其拉伸，如熔化的塑料，使直徑為幾百微米的纖維。雖然這個過程縱向拉伸了部件的形狀，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結構和先進性能的纖維。

到目前為止，熱拉伸只能用來製作剛性纖維。但是Sorin和他的團隊用它來製造彈性纖維。在選擇材料的新標準的幫助下，他們能夠識別出一些具有高粘度的熱塑性彈性體。纖維被拉伸後，可以拉伸和變形，但它們總是回到原來的形狀。

諸如納米複合聚合物、金屬和熱塑性塑料之類的剛性材料可以被引入到纖維中，也可以被引入易變形的液態金屬中。例如，我們可以在纖維頂部添加三個電極串，在底部添加一個電極。根據壓力如何施加到纖維上，不同的電極會接觸。這將使電極傳輸一個信號，然後可以讀取該信號，以確定纖維暴露於什麼樣的應力，例如壓縮或剪切應力，Sorin說。

機器人的人工神經

與Oliver Brock教授（柏林工業大學機器人與生物實驗室）合作，科學家們將它們的纖維整合成機器人手指作為人工神經。每當手指觸摸某物時，纖維中的電極就會傳送關於機器人與環境的觸覺交互的信息。研究小組還測試了他們的纖維添加到大網眼服裝，以檢測壓縮和伸展。「比如說，我們的技術可以用來開發一種觸摸鍵盤，它可以直接集成到服裝中，」Sorin說。

研究人員看到許多其他潛在的應用；熱拉伸過程可以很容易地調整大規模生產。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出興趣，並已提交專利申請。

來源：https://phys.org/news/2018-05-elastic-fiber-electrodes-revolutionize-smart.html

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