未來時(shí)裝如何變得“智能”

張唯誠

以前，智能手機(jī)把我們從電腦桌前解放出來。現(xiàn)在，智能服裝又要發(fā)力了，它將把電子產(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(jìn)入市場，比如能用熱傳導(dǎo)電線溫暖手指的手套，擁有紫外線傳感器的泳衣。但這還不夠，下一代智能服裝已經(jīng)出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里，將有全新的功能。

智能服裝能時(shí)刻追隨時(shí)尚。研究人員發(fā)明了一種可通過點(diǎn)擊手機(jī)屏來改變顏色的衣服，它將賦予時(shí)裝“永不遜色”以全新的含義。，這種服裝由特殊的絲線織成，絲線直徑為幾根頭發(fā)絲粗細(xì)，包括中間的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，這取決于布料要求的柔軟度和堅(jiān)固度。聚合物套管上有一種顏料，可根據(jù)溫度變化變換顏色，這種變化非常微妙，以至于穿戴者都感覺不到。穿戴者將Wi-Fi信號(hào)用智能手機(jī)發(fā)送給衣服上的電池，電池將電流傳人絲線中的銅絲，從而加熱顏料以激活色彩“開關(guān)”。這些絲線可以使面料在立體、條紋、格子和其他圖案之間相互變換。

另外，午餐時(shí)不小心把食物灑在了淺色的襯衫上，你可以調(diào)用深色把污漬藏起來;當(dāng)你在陽光下行走或在黑暗中騎行，你想穿淺色或發(fā)亮的衣服時(shí)，很簡單，點(diǎn)一下應(yīng)用程序就可以搞定;不想洗衣服，沒問題，第二天照樣衣著光鮮。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。

智能服裝能替代ID和密鑰。研究人員已經(jīng)發(fā)明了一種用含有銀或銅屑的金屬線織成的可存儲(chǔ)密碼的衣服。正常情況下，這種金屬線中原子的磁極指向是隨機(jī)的，當(dāng)靠近磁鐵時(shí)，線中所有原子的磁極便都指向北方或南方。利用這種變化，研究人員可編碼一些數(shù)據(jù)，或者是1，或者是0，一個(gè)磁力計(jì)就可以讀取它們。一旦有了儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的衣服，你就可以簡單地通過掃描袖子進(jìn)入辦公室和公寓大樓。

智能服裝能對動(dòng)作精確管理。一身能感應(yīng)動(dòng)作的衣服，還能讓你保持更好的坐姿，或者提示你在打高爾夫球、彈鋼琴時(shí)的不規(guī)范動(dòng)作。為了準(zhǔn)確地監(jiān)控動(dòng)作，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(yùn)動(dòng)傳感器。它們可以嵌入任何東西中，例如肩帶或者鞋底等。這種傳感器的關(guān)鍵部分，是一層叫作巴克紙的材料，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一種密度很高的碳納米管，直徑和紅細(xì)胞相當(dāng)。通常情況下，拉伸這種材料會(huì)導(dǎo)致碳納米管網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)空隙，從而阻礙電荷的流動(dòng)。他們將巴克紙連接到電路上，通過測量紙上的電阻變化，顯示它的拉伸程度。這種傳感器極為敏感，哪怕材料的變化僅為長度的0.005%，它也能顯示出來。對于那些需要在短期內(nèi)對運(yùn)動(dòng)進(jìn)行微觀管理的人來說，準(zhǔn)確地監(jiān)控動(dòng)作是必要的。這就像理療師需要病人嚴(yán)格按醫(yī)生的要求接受治療一樣，而帶有巴克紙傳感器的衣服就可以幫助人們做到這一點(diǎn)。

智能服裝能用陽光和運(yùn)動(dòng)獲取能量。科學(xué)家已于2016年推出了能量收集織物。這種織物主要由聚合物和羊毛纖維制成，重量輕、靈活、透氣。據(jù)說一片長5厘米、寬4厘米的織物，在陽光下就可以給手機(jī)充電。捕捉陽光的織物是用光伏電線編織而成的。當(dāng)陽光照射電線時(shí)，光粒子把電子從原子中撞擊出去，于是在一個(gè)材料層中留下帶正電的空穴，另一個(gè)電子導(dǎo)電層得到那些流散的電子。這種電荷的分離產(chǎn)生了一種電壓，可以產(chǎn)生電能，從而為設(shè)備供電。

與此同時(shí)，這種織物的其他部分則將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。那里含有一種叫作PTFE的聚合物，它貯存電子。當(dāng)它和銅線織在一起時(shí)，由于銅線輕易地放棄電子，這樣一來，每當(dāng)織物被折疊或壓縮時(shí)，一些銅線的電子就會(huì)因摩擦而被吸附到PTFE上來。這個(gè)過程產(chǎn)生了靜電荷，就像冬天梳理頭發(fā)或者脫下毛衣時(shí)發(fā)生的情況一樣。當(dāng)織物放松時(shí)，帶負(fù)電荷的PTFE與帶正電荷的銅絲又發(fā)生分離，這就為電力設(shè)備制造出了電壓。材料可以縫在袖子里，或者鞋底上，這樣一來，手臂的擺動(dòng)和雙腳的運(yùn)動(dòng)就都能生產(chǎn)能量了。這種織物的能量還可以存儲(chǔ)在衣服上的電容器或者電池中，用含有銀鋅氧化物的墨水直接“打印”到衣服上，也可以儲(chǔ)存在鋅離子絲線電池中，這樣一來，智能服裝就能持續(xù)利用陽光和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電能，自己充電了。

智能服裝還能讓人成為行走的發(fā)電機(jī)。如果衣服上裝有熱電發(fā)電機(jī)，那么身體的熱量就可以轉(zhuǎn)化成電能。美國北卡羅萊納州立大學(xué)的研究人員使用一種紐扣大小的發(fā)電機(jī)，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(jī)的一邊比另一邊熱，例如，一邊靠近你的皮膚，而另一邊暴露在空氣中時(shí)，半導(dǎo)體棒熱端的電子就會(huì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體棒的冷端，于是產(chǎn)生了一個(gè)微小的電壓。將每根棒的正極和負(fù)極連接起來，這些電壓就會(huì)加在一起。研究人員將這些熱電發(fā)電機(jī)嵌入T恤中。如果只是穿著這件衣服，那就不會(huì)產(chǎn)生太多的能量，因?yàn)槠つw和周圍的空氣之間的溫差是如此之小。但是，如果站起來、走路或者慢跑，身體溫度的提升就會(huì)使發(fā)電機(jī)的一側(cè)加熱.而風(fēng)則會(huì)冷卻發(fā)電機(jī)裸露的另一側(cè)。在一項(xiàng)測試中，當(dāng)佩戴者行走時(shí)，發(fā)電機(jī)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。

這樣的電能雖不能成為智能手表或者手機(jī)的電源，但能為低功率傳感器，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(jī)的效能以將它們用于更加耗能的電子產(chǎn)品上。如果人們能夠做得更好，那么即使你只是在沙發(fā)上坐著，它也能為你的設(shè)備充電。