近日，劍橋大學電子工程博士生楊嘉杰聯(lián)合研發(fā)出一款 46 英寸的編織顯示器，可將智能傳感器、能量收集和存儲直接集成到織物中，從而輸出和折疊彩色影像。
圖 | 編織顯示器（來源：Nature Communications）
據(jù)悉，這是第一次使用完全基于纖維的制造方法，將可擴展的、大面積復雜系統(tǒng)集成到紡織品中。
2 月 10 日，相關(guān)論文以《智能紡織照明/顯示系統(tǒng)，配備多功能光纖設(shè)備，用于大型智能家居和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用》（Smart textile lighting/display system with multifunctional fibre devices for large scale smart home and IoT applications）為題發(fā)表在Nature Communications上。
（來源：Nature Communications）
多年前科學家們就發(fā)現(xiàn)，通過傳統(tǒng)編織和針織工藝把特殊纖維整合到紡織品中，即可讓其融入日常用品，從而開辟潛在應(yīng)用領(lǐng)域。然而，此前這些纖維的制造一直受到尺寸限制，相關(guān)技術(shù)和編織工藝也不兼容。
為改善這一問題，楊嘉杰和所在團隊，給纖維組件涂上能承受足夠拉伸的材料，以便將它們用于紡織制造設(shè)備。
圖 | 楊嘉杰（來源：楊嘉杰）
同時，該團隊還編織出一些基于纖維的組件，以提高可靠性和耐用性。最后，他們使用導電粘合劑和激光焊接技術(shù)，將多個光纖組件連接一起。整體方法建立在微納米技術(shù)、先進顯示器、傳感器、能源和技術(shù)紡織品制造的融合之上。
結(jié)合這些技術(shù)，再通過標準、可擴展的紡織品制造工藝，即可將多種功能整合到一大塊機織織物中。由此產(chǎn)生的織物可用于顯示器、監(jiān)控各種輸入或存儲能量等。
（來源：Nature Communications）
當顯示器放映彩色映像時，即使正在播放影像，也能像正常布料那樣彎曲。里面的傳感器和天線也由纖維構(gòu)成，這些纖維可以檢測到射頻信號、觸摸、光線和溫度，在傳輸無線電力的同時還能保存能量。
審稿人認為，此次展示的完全可操作的紡織系統(tǒng)，是智能家居和物聯(lián)網(wǎng)方面的革命性應(yīng)用。其中，不少分立器件均展示了材料技術(shù)和制造技術(shù)的新穎性，包括顯示、電力傳輸、觸摸傳感、光電檢測、信號監(jiān)測和能量存儲。
回顧研究歷程，楊嘉杰表示印象最深的便是手工編織布料。為把各個部件組合到布料中，該團隊購入一臺手工織布機。織布機很簡易，由非常原始的材料木頭組成。
雖然大家都能熟練操作昂貴的精密儀器，但織布機還是頭一次用。分線時，要把成百根細線一根根地分開，然后再一根根地穿過洞眼。編織時，不僅要將梭子來回穿插，還得不斷手動調(diào)整、以確保成品布料的松緊均勻。
（來源：Nature Communications）
盡管原理非常簡單，但要織出一塊工整的布料，則十分考驗技巧和耐心，一塊毛巾大小的布就得編上好幾天。為了讓編織好的軟性紡織材料更具藝術(shù)感，他們還把毛邊編織成流蘇結(jié)。
研究人員表示，該顯示器在智能家居和物聯(lián)網(wǎng)中有著巨大潛力，并為下一代電子紡織品應(yīng)用鋪平了道路，應(yīng)用場景包括可以產(chǎn)生和儲存自身能源的節(jié)能建筑、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、分布式傳感器網(wǎng)絡(luò)、以及交互式顯示器等。
不難想象，在不久的將來，家里掛的一副窗簾其實就是電視機或顯示器。早上起床時，可以顯示溫度、天氣等信息，甚至能在陰雨天提供室內(nèi)照明，從而模擬自然太陽光。得益于其兼具柔韌性和耐磨性的紡織特性，開窗時還可把它自由折疊。
（來源：Nature Communications）
再想象一下，一般當參展商去參加展會，需要提早打印好海報，如果要顯示視頻，還得提前運送、并架設(shè)好顯示器。得益于本次紡織系統(tǒng)的可彎曲性和可卷曲性，以后只需做好電子文檔，帶著輕便的紡織顯示器來到展覽館便可。而對于參展者來說，還可通過集成的觸摸傳感器與顯示器進行互動。
另據(jù)悉，該原型不僅可像電視一樣作為顯示彩色影像的顯示器，還可捕捉心臟活動、并將其顯示為心電圖。
目前，該團隊正在和歐洲的合作者合作，以使該技可用于日常物品。他們還將把可持續(xù)材料整合為纖維成分，以提供一種新型能源紡織系統(tǒng)。這種兼具柔性和功能性智能織物，最終可以制成電池、超級電容器、太陽能電池板和其他設(shè)備。
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參考：
1、Choi, H.W., Shin, DW., Yang, J. et al. Smart textile lighting/display system with multifunctional fibre devices for large scale smart home and IoT applications.Nat Commun13, 814 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-28459-6
