未來的智能服裝

張唯誠

智能手機把我們從電腦桌前解放了出來，而智能服裝將把電子產(chǎn)品從我們的口袋里掏出來，放到衣服上。

目前，一些智能服裝已經(jīng)進入市場，比如能用電線導(dǎo)熱溫暖手指的手套，以及擁有紫外線傳感器的泳衣，能提醒人們避免過分日曬。但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。下一代智能服裝已經(jīng)出現(xiàn)在實驗室里，快來先睹為快吧！

時刻追隨時尚

現(xiàn)有的大多數(shù)變色紡織品都是依賴環(huán)境照明或者人體自身的熱量來達(dá)到變色效果的?，F(xiàn)在，研究人員發(fā)明了一種可以通過點擊手機屏幕來改變顏色的衣服，它將賦予時裝“永不遜色”全新的含義。

這種服裝已于2018年4月在美國鳳凰城材料研究協(xié)會的春季會展上亮相。它由特殊的絲線織成，直徑為幾根頭發(fā)絲粗細(xì)，中間有銅絲和套在銅絲上的聚合物套管。聚合物可以是聚酯、尼龍，也可以是其他材料，取決于布料所要求的柔軟度和堅固度。聚合物套管上有一種顏料，可以根據(jù)溫度變化變換顏色。穿戴者將Wi-Fi信號用智能手機發(fā)送到衣服上，控制衣服上的電池，使電流流入絲線中的銅絲，加熱顏料，激活色彩“開關(guān)”，從而使面料的圖案在條紋、格子和其他圖案間變換。

從這項技術(shù)中獲益最多的可能是時尚達(dá)人，但對其他人來說也有好處。比如，如果午餐時不小心把食物灑在了淺色的襯衫上，你可以把衣服調(diào)成深色，把污漬隱藏起來；當(dāng)你在陽光下行走或在黑暗中騎行時，點一下應(yīng)用程序，就可以把衣服變成淺色的或發(fā)亮的；不想洗衣服，第二天衣著照樣光鮮。此外，制作這種服裝的面料還可以用于箱包、汽車內(nèi)飾、窗簾和家具等。

“健忘星人”的福音

研究人員發(fā)明了一種用含有銀或銅屑的金屬線織成的可存儲密碼的衣服。正常情況下，這種金屬線中原子磁極的指向是隨機的；當(dāng)靠近磁鐵時，線中所有原子的磁極便都指向北方或南方。利用這種變化，研究人員可以編碼一些二進制數(shù)據(jù)，用一個磁力計就可以讀取它們。

美國西雅圖華盛頓大學(xué)的計算機科學(xué)家已經(jīng)將磁代碼寫進了領(lǐng)帶、腰帶和腕帶中?，F(xiàn)在這項技術(shù)還處于初級階段，單位面積上能儲存的數(shù)據(jù)編碼很少，研究人員正力圖將更多的數(shù)據(jù)打包進更小的面板中。

一旦穿上儲存了數(shù)據(jù)的衣服，你就可以簡單地通過掃描你的衣袖進入辦公室和公寓大樓。這對大家特別是那些健忘的人來說是一個福音。

精確管理動作

擁有一身能感應(yīng)人體動作的衣服，能讓你保持更好的坐姿，或者提醒你在打高爾夫球、彈鋼琴時糾正不規(guī)范動作，是不是很好？

美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)的工程師們制造出了超薄的運動傳感器，可以嵌入肩帶或鞋底等處。這種傳感器的關(guān)鍵部分是一層叫作巴克紙的材料。工程師們將巴克紙連接到電路上，并通過測量紙上電阻的變化確定它的拉伸程度。這種傳感器極為敏感，哪怕材料的變化僅為長度的0.005%也能顯示出來。

對那些需要在短期內(nèi)對運動進行微觀管理的人來說，帶有巴克紙傳感器的衣服可以幫助他們進行準(zhǔn)確的動作監(jiān)控。

讓生活變得閃亮

在2016年紐約大都會藝術(shù)博物館的慈善舞會上，身著LED燈飾時裝的女演員克萊爾·丹尼斯“閃亮”登場，令人印象深刻。現(xiàn)在，比LED更薄、更柔韌的新光源OLED已成為工程師的新寵。

韓國高級科學(xué)技術(shù)研究所的工程師們將OLED顯示器織進了織物中。這種新型的基于織物的OLED顯示器，每一個都只發(fā)出一種顏色的光，但織物組成的屏幕可通過許多可變色像素顯示信息。這個團隊還制作了OLED線，用于顯示文字和圖案。

科學(xué)家還設(shè)想了一種能進行光療的OLED服裝，專門用于治療季節(jié)性情緒紊亂癥。通常情況下，患有這種病的人需要坐在一種名為光療盒的特殊光源前接受光照治療，通過模擬室外陽光，達(dá)到平復(fù)不良情緒的目的?，F(xiàn)在，OLED服裝也有望提供光療了。

從陽光和運動中獲取能量

智能服裝也有麻煩之處：在工作了一整天之后，你要將衣服脫下來為它充電。能不能設(shè)計一種能利用陽光和運動持續(xù)產(chǎn)生電能的可穿戴設(shè)備呢？

科學(xué)家已于2016年首次推出了能量收集織物。捕捉陽光的織物是用光伏電線編織而成的。當(dāng)陽光照射一根電線時，光粒子把電子從原子中撞擊出去，在一個材料層中留下帶正電的空穴，另一個電子導(dǎo)電層得到那些流散的電子。這種電荷的分離產(chǎn)生了電壓，進而可以產(chǎn)生電能，為設(shè)備供電。

這種織物的其他部分則將動能轉(zhuǎn)化為電能。那里含有一種叫作PTFE的聚合物，貯存著電子。當(dāng)它和銅線織在一起時，由于銅線會輕易地放棄電子，所以每當(dāng)織物被折疊或壓縮時，一些銅線的電子就會因摩擦而被吸附到PTFE上來。這個過程產(chǎn)生了靜電荷，就像冬天人們梳理頭發(fā)或者脫下毛衣時發(fā)生的情況一樣。當(dāng)織物展開時，帶負(fù)電荷的PTFE與帶正電荷的銅絲又發(fā)生分離，這樣就產(chǎn)生了電壓。這種材料可以縫在袖子里或者鞋底上，這樣一來，手臂的擺動和雙腳的運動就都能產(chǎn)出能量了，能量可以存儲在衣服上的電容器或者電池中。

讓人成為行走的發(fā)電機

如果衣服上裝有熱電發(fā)電機，那么身體散發(fā)的熱量也可以轉(zhuǎn)化成電能。

美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員使用了一種紐扣大小的發(fā)電機，它的主要部分是夾在兩塊陶瓷板之間的半導(dǎo)體棒。當(dāng)發(fā)電機的一邊比另一邊熱—比如一邊靠近你的皮膚，另一邊暴露在空氣中—時，半導(dǎo)體棒熱端的電子就會擴散到半導(dǎo)體棒的冷端，于是產(chǎn)生了一個微小的電壓。將每根半導(dǎo)體棒的正極和負(fù)極連接起來，這些電壓就會疊加在一起，就像把電池一節(jié)節(jié)地放進手電筒里一樣。

研究人員將這些熱電發(fā)電機嵌入了T恤。如果穿著者站起來、走路或者慢跑，身體溫度的提升就會使發(fā)電機的一側(cè)加熱，風(fēng)則會冷卻發(fā)電機裸露的另一側(cè)。在一項測試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)佩戴者行走時，發(fā)電機每平方厘米可釋放6微瓦的能量，而在慢跑過程中則能釋放18微瓦。

這樣的電能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能成為智能手表或者手機的電源，但一兩個平方厘米大小的熱電發(fā)電機已能為低功率傳感器，例如心臟監(jiān)測器供電了。研究人員正在努力提高這種發(fā)電機的效能，以便將它們用于更加耗能的電子產(chǎn)品上。