弹性纤维填充电极 彻底改变智能衣服

这是一种全新的传感器思维方式。EPFL开发的微纤维由弹性体制成,可以加入电极和纳米复合聚合物等材料。纤维甚至可以检测到最轻微的压力和应变,并且在恢复其初始形状之前可以承受接近500%的变形。所有这一切使它们非常适合智能衣服和假肢的应用,以及为机器人创造人工神经。

这些纤维是由EPFL的光子材料和光纤器件实验室(FIMAP)开发的,该实验室由工程学院的Fabien Sorin领导。科学家提出了一种快速简便的方法,可以在超弹性纤维中嵌入不同类型的微结构。例如,通过在关键位置添加电极,他们将光纤转变为超灵敏传感器。更重要的是,他们的方法可用于在短时间内生产数百米的光纤。他们的研究刚刚发表在Advanced Materials上。

加热,然后拉伸

为了制造纤维,科学家们采用了热拉伸工艺,这是光纤制造的标准工艺。他们开始创建一个宏观的预制件,各种纤维组件以精心设计的3D图案排列。然后,他们加热预制棒并像熔化的塑料一样将其拉伸,制成直径为几百微米的纤维。虽然这个过程纵向延伸了部件的图案,但它也横向收缩,这意味着部件的相对位置保持不变。最终结果是一组具有极其复杂的微结构和先进性能的纤维。

到目前为止,热拉伸可用于仅制造刚性纤维。但索林和他的团队用它来制造弹性纤维。借助于选择材料的新标准,他们能够识别出一些在加热时具有高粘度的热塑性弹性体。拉伸纤维后,它们可以拉伸和变形,但它们总是恢复到原来的形状。

可以将诸如纳米复合材料聚合物,金属和热塑性塑料的刚性材料引入纤维中,以及可以容易变形的液态金属。“例如,我们可以在光纤顶部添加三串电极,在底部添加一根电极。根据压力如何施加到光纤上,不同的电极会接触。这将导致电极传输信号,然后可以读取以确定光纤接触到的应力的确切类型 - 例如压缩或剪切应力,“索林说。

机器人的人工神经

与奥利弗布罗克博士(柏林技术大学机器人与生物学实验室)教授合作,科学家将他们的纤维整合到机器人手指中作为人工神经。每当手指触摸某物时,光纤中的电极就会传递有关机器人与其环境的触觉交互的信息。研究小组还测试了将纤维添加到大网眼服装中以检测压缩和拉伸。“我们的技术可用于开发直接集成到服装中的触控键盘,”索林说。

研究人员看到许多其他潜在的应用。特别是因为可以容易地调整热拉伸工艺以进行大规模生产。这对制造业来说是一个真正的好处。纺织部门已表示对新技术感兴趣,并已提交专利。