未來(lái)時(shí)裝如何變得“智能”

張唯誠(chéng)

以前，智能手機(jī)把我們從電腦桌前解放了出來(lái)。而現(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(lái)，放到衣服上。到那時(shí)，把手機(jī)充電器留在家里可能只意味著一件事：你忘了穿褲子。

時(shí)刻追隨時(shí)尚

大多數(shù)現(xiàn)有的變色紡織品都是依賴環(huán)境照明或者人體自身的熱量來(lái)達(dá)到變色效果?，F(xiàn)在，研究人員發(fā)明了一種可通過(guò)點(diǎn)擊手機(jī)屏來(lái)改變顏色的衣服，它將賦予時(shí)裝“永不遜色”以全新的含義。

這種服裝已于2018 年4月在美國(guó)鳳凰城材料研究協(xié)會(huì)春季會(huì)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)，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，乃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，電池將電流傳入絲線中的銅絲，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。

從這項(xiàng)技術(shù)中獲益最多的有可能是時(shí)尚潮人和那些無(wú)法決定早上穿什么衣服的人，但對(duì)于其他人，這項(xiàng)技術(shù)也有好處。比如，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(lái);當(dāng)你在陽(yáng)光下行走或在黑暗中騎行，你或許想穿淺色或發(fā)亮的衣服，很簡(jiǎn)單，點(diǎn)一下應(yīng)用程序就可以搞定;不想洗衣服，沒問(wèn)題，第二天照樣衣著光鮮。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。

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，但當(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。

美國(guó)西雅圖華盛頓大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家已經(jīng)將磁代碼寫進(jìn)了領(lǐng)帶、腰帶和腕帶中?，F(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)還處于初級(jí)階段，單位面積上儲(chǔ)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(jìn)更小的面板中。

一旦有了儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的衣服，你就可以簡(jiǎn)單地通過(guò)掃描你的袖子進(jìn)入辦公室和公寓大樓。對(duì)一些人來(lái)說(shuō)，這似乎并不是很大的進(jìn)步，但對(duì)那些健忘的人來(lái)說(shuō)則是一個(gè)福音。

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、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(guó)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，它們可以嵌入到任何東西中，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)。但是，工程師們把材料的這種缺點(diǎn)變成了優(yōu)勢(shì)。他們將巴克紙連接到電路上，通過(guò)測(cè)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(zhǎng)度的0.005%，它也能顯示出來(lái)。對(duì)于那些需要在短期內(nèi)對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行微觀管理的人來(lái)說(shuō)，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)。

給生活添光彩

在2016 年紐約大都會(huì)藝術(shù)博物館的慈善舞會(huì)上，身著LED 燈飾時(shí)裝的女演員克萊爾·丹尼斯“閃亮登場(chǎng)”，令人印象深刻?，F(xiàn)在看來(lái)，LED燈已顯不足，因?yàn)樗鼈兲蔡?，讓人感覺不舒服。人們需要更薄更柔韌的新光源，而有機(jī)發(fā)光二極管OLED 可以滿足人們的這種需求。

OLED 顯示器通常是用塑料或玻璃制成的方塊面板，但韓國(guó)高級(jí)科學(xué)技術(shù)研究所的工程師們將它們織進(jìn)了織物中。

研究人員將OLED 顯示器固定在聚酯薄膜上，其厚度只有200 納米，它們被壓進(jìn)緊密編織的超細(xì)聚酯纖維織物中，其柔軟靈活的程度甚至強(qiáng)于制造柔軟顯示器的塑料面板。

這種新型的基于織物的OLED 顯示器，每個(gè)OLED都只發(fā)出一種顏色的光，但織物組成的屏幕可用許多可變色像素顯示信息。這個(gè)團(tuán)隊(duì)還制作了OLED 線，用于顯示文字和圖案。

這些科學(xué)家還設(shè)想了一種能進(jìn)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，患有這種病的人要坐在一種名為光療盒的特殊光源前接受光照治療，這種光源模擬室外陽(yáng)光，可以達(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。

用陽(yáng)光和運(yùn)動(dòng)獲取能量

智能服裝也有麻煩之處，在工作了一整天之后，你要脫下衣服為它充電。要消除這種煩惱，長(zhǎng)壽電池是關(guān)鍵。那么，為什么不設(shè)計(jì)一種能持續(xù)利用陽(yáng)光和運(yùn)動(dòng)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。這種面料主要由聚合物和羊毛纖維制成，重量輕、靈活、透氣。據(jù)說(shuō)一片長(zhǎng)5 厘米、寬4 厘米的織物在陽(yáng)光下就可以給手機(jī)充電了。

捕捉陽(yáng)光的織物是用光伏電線編織而成的。當(dāng)陽(yáng)光照射一根電線時(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(lái)，每當(dāng)織物被折疊或壓縮時(shí)， 一些銅線的電子就會(huì)因摩擦而吸附到PTFE 上來(lái)。這個(gè)過(guò)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。這種材料可以縫在袖子里，或者鞋底上，這樣一來(lái)，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，它們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。

人們?cè)O(shè)想把這種能量收集材料織進(jìn)帳篷里，當(dāng)帳篷沐浴在陽(yáng)光下或被風(fēng)吹動(dòng)時(shí)，它就可以為露營(yíng)者的設(shè)備充電了。

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(guó)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，而另一邊則暴露在空氣中時(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(lái)，這些電壓就會(huì)加在一起，就像把電池一節(jié)節(jié)地放進(jìn)手電筒里一樣。

研究人員將這些熱電發(fā)電機(jī)嵌入T 恤中。如果僅僅只是穿著這件衣服，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，如果穿著者站起來(lái)，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(cè)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(guò)程中則能釋放18 微瓦。

不過(guò)這樣的電能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能成為智能手表或者手機(jī)的電源，但一兩個(gè)厘米大小的熱電發(fā)電機(jī)已能為低功率傳感器，例如心臟監(jiān)測(cè)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。

（摘自《百科知識(shí)》2019年第6期）