智能纺织品传感器的锤子

想想你最喜欢的t恤，那件你穿了上百次的t恤，还有你对它的虐待。你已经洗过很多次了，洒在上面，拉伸，弄碎，甚至有一次伏在炉子上烤焦了它。我们把衣服穿了很多，如果智能纺织品未来将会经受住所有我们扔给它们的东西，它们的组成部分需要有弹性。

现在，来自哈佛大学约翰·a·保尔森工程与应用科学学院和威斯生物工程研究所的研究人员开发出了一种超敏感、极具弹性的菌株传感器可以嵌入纺织品和柔软的机器人系统。“目前的软应变仪非常敏感，但也非常脆弱，”海洋与大气科学研究所(SEAS)和威斯研究所(Wyss Institute)的材料科学与机械工程研究员、论文第一作者Oluwaseun Araromi说。“问题是，我们在一个矛盾的范式下工作——高灵敏度的传感器通常非常脆弱，而高灵敏度的传感器通常不太敏感。所以，我们需要找到能够提供足够的每种属性的机制。”

最后，研究人员创造了一种外观和行为都非常像弹簧狗的设计。Araromi说:“弹簧是由坚硬的金属制成的圆柱体，但如果你把它塑造成螺旋形，它就会变得具有延展性。”“这就是我们在这里所做的。我们从坚硬的大块材料开始，在这种情况下，碳纤维，并以这样一种方式使材料变得可伸缩。”

这种模式被称为蛇形曲流，因为它的急剧起伏类似于蛇的滑行。然后将带图案的导电碳纤维夹在两个预紧弹性衬底之间。

传感器的整体电导率随着图案碳纤维的边缘相互脱离接触而改变，就像当你拉动弹簧的两端时，它们各自的螺旋相互脱离接触一样。这一过程即使在很小的应变下也会发生，这是传感器高灵敏度的关键。

不像目前高度敏感的可伸缩传感器，后者依赖于外来物材料比如硅或金纳米线在美国，这种传感器不需要特殊的制造技术，甚至不需要一个洁净室。它可以用任何导电材料制成。

研究人员测试了传感器的弹性，用手术刀刺它，用锤子敲打它，用汽车碾它，把它扔进洗衣机十次。传感器在每次测试中都毫发无损。

为了证明它的灵敏度，研究人员将传感器嵌入到织物袖子中，并要求参与者用手做出不同的手势，包括拳头、张开手掌和捏捏动作。传感器通过织物和机器学习该算法能够成功地对这些手势进行分类。Araromi说:“这些弹性和机械坚固性的特性使这个传感器进入了一个全新的阵营。”

这种袖子可以用在从虚拟现实模拟和运动服到临床诊断治疗帕金森等神经退行性疾病SEAS工程与应用科学查尔斯河教授、该研究的资深作者罗伯特·伍德(Robert Wood)说:“高灵敏度和弹性的结合是这种传感器的明显优势。”“但该技术的另一个不同之处是其组成材料和组装方法的低成本。这将有望减少这种技术在智能纺织品和其他领域广泛应用的障碍。”

SEAS工程与应用科学Paul A. Maeder教授、该研究的合著者康纳·沃尔什(Conor Walsh)说:“我们目前正在探索如何将这种传感器集成到服装中，因为它与人体有亲密的接触。”“这将使令人兴奋的新应用成为可能，因为它能够在一个人的一天中进行生物力学和生理测量，这是目前的方法无法实现的。”

这项研究发表在自然．