纖維是構(gòu)建世界的基本元素之一，也是人類重要的發(fā)明之一。根據(jù)中國考古發(fā)現(xiàn)，人類從5000多年前就開始使用纖維材料，它們被編成紡織品，為人類遮身蔽體、保暖抗寒。近年來，隨著信息技術(shù)和人工智能的飛速發(fā)展，纖維材料更是具備了發(fā)電、儲能、發(fā)光、變色、變形、傳感等一系列全新功能。

與塊狀和薄膜器件相比，纖維狀電子器件可以緊粘在不規(guī)則基底上、可適應(yīng)扭曲和拉伸等復(fù)雜形變，同時具有透氣導(dǎo)濕等獨特性能。這些優(yōu)點使得纖維電子器件，在電源系統(tǒng)、信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大健康、空間探測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用空間。

麻省理工學(xué)院和瑞典的研究人員開發(fā)的一種新型纖維可以制成衣服，它可以感知它被拉伸或壓縮的程度，然后以壓力、橫向拉伸或振動的形式提供即時的觸覺反饋。該團隊建議，此類面料可用于幫助訓(xùn)練歌手或運動員更好地控制呼吸的服裝，或幫助患者從疾病或手術(shù)中恢復(fù)以恢復(fù)呼吸模式。

多層纖維在中心包含一個流體通道，可以通過流體系統(tǒng)激活。該系統(tǒng)通過將流體介質(zhì)（例如壓縮空氣或水）加壓并釋放到通道中來控制纖維的幾何形狀，從而使纖維充當(dāng)人造肌肉。纖維還包含可拉伸傳感器，可以檢測和測量纖維的拉伸程度。由此產(chǎn)生的復(fù)合纖維足夠細(xì)且柔韌，可以使用標(biāo)準(zhǔn)商用機器進行縫紉、機織或針織。

這種被稱為 OmniFibers 的纖維在計算機協(xié)會用戶界面軟件和技術(shù)在線會議上發(fā)表。

新的光纖架構(gòu)具有許多關(guān)鍵特性。其極窄的尺寸和廉價材料的使用使得將纖維構(gòu)造成各種織物形式變得相對容易。它還與人體皮膚相容，因為它的外層是基于類似于普通聚酯的材料。而且，它的快速響應(yīng)時間以及它可以傳遞的力量的強度和多樣性允許使用觸覺（基于觸覺）進行訓(xùn)練或遠(yuǎn)程通信的快速反饋系統(tǒng)。

Afsar 說，大多數(shù)現(xiàn)有人造肌肉纖維的缺點是它們要么是熱激活的，當(dāng)與人體皮膚接觸時會導(dǎo)致過熱，要么它們的功率效率低或訓(xùn)練過程繁重。她說，這些系統(tǒng)通常具有緩慢的響應(yīng)和恢復(fù)時間，限制了它們在需要快速反饋的應(yīng)用程序中的直接可用性。

作為該材料的初始測試應(yīng)用，該團隊制作了一種歌手可以穿著的內(nèi)衣來監(jiān)測和回放呼吸肌的運動，然后通過同一件衣服提供動覺反饋，以鼓勵佳姿勢和呼吸模式以達到所需聲樂表演?！俺桦x家特別近，因為我媽媽是一名歌劇演員。她是一名女高音，”她說。在這件衣服的設(shè)計和制作過程中，Afsar 與受過古典訓(xùn)練的歌劇歌手 Kelsey Cotton 密切合作。

“我真的很想以有形的形式捕捉這種專業(yè)知識，”Afsar 說。研究人員讓這位歌手在穿著由他們的機器人纖維制成的服裝時進行表演，并記錄來自編織在服裝中的應(yīng)變傳感器的運動數(shù)據(jù)。然后，他們將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的觸覺反饋。“我們終能夠在紡織品中實現(xiàn)我們想要的傳感和驅(qū)動模式，記錄和重放我們可以從專業(yè)歌手的生理學(xué)中捕捉到的復(fù)雜運動，并將其轉(zhuǎn)換為非歌手，一個新手學(xué)習(xí)者的身體。因此，我們不僅僅是從專家那里獲取這些知識，而且我們還能夠?qū)⑵鋫鬟f給剛剛學(xué)習(xí)的人，”她說。

雖然這個初步測試是在聲樂教育的背景下進行的，但同樣的方法可以用來幫助運動員學(xué)習(xí)如何在給定情況下好地控制他們的呼吸，基于監(jiān)測完成各種活動和刺激肌肉群的運動員Afsar 說，這些都在起作用。終，希望這些服裝也可以用于幫助患者在大手術(shù)或 Covid-19 等呼吸道疾病后恢復(fù)健康的呼吸模式，甚至作為睡眠呼吸暫停的替代療法（Afsar 小時候患有這種疾病，她說）。

該系統(tǒng)還可用于訓(xùn)練除呼吸之外的其他類型的肌肉運動。例如，“我們的許多藝術(shù)家學(xué)習(xí)了驚人的書法，但我想感受筆觸的動態(tài)”，這可能是用這種閉環(huán)反饋材料制成的袖子和手套來完成的。他建議，奧林匹克運動員可以通過穿著模仿頂級運動員（無論是舉重運動員還是滑雪運動員）動作的服裝來提高他們的技能。

這種類似于紗線的軟纖維復(fù)合材料有五層：里面的流體通道、包含工作流體的基于硅樹脂的彈性管、可檢測應(yīng)變?yōu)殡娮枳兓娜彳浛衫靷鞲衅?、編織聚合物控制纖維外部尺寸的可拉伸外網(wǎng)，以及對整體可延展性提供機械約束的非拉伸長絲。

“纖維級工程和織物級設(shè)計在這項研究中得到了很好的結(jié)合，”卡內(nèi)基梅隆大學(xué)人機交互助理教授李寧說，他與這項研究沒有關(guān)系。她說，這項工作展示了“不同的機器針織技術(shù)，包括鑲嵌和主動間隔織物，推進了將驅(qū)動纖維嵌入紡織品的先進技術(shù)”?！爱?dāng)我們談?wù)摽纱┐髟O(shè)備與驅(qū)動織物的交互時，集成應(yīng)變傳感和反饋是必不可少的。”

Afsar 計劃繼續(xù)致力于使整個系統(tǒng)（包括其控制電子設(shè)備和壓縮空氣供應(yīng)）更加小型化以使其盡可能不引人注目，并開發(fā)制造系統(tǒng)以能夠生產(chǎn)更長的長絲。在接下來的幾個月里，她計劃開始嘗試使用該系統(tǒng)將技能從專家轉(zhuǎn)移到新手歌手，然后探索不同類型的動作練習(xí)，包括編舞和舞者的動作。

值得一提的是，該纖維制成的衣物反應(yīng)靈敏，還能夠承受多種力量強度形成一個快速反饋系統(tǒng)，未來，其或還可用于培訓(xùn)或使用基于觸覺的遠(yuǎn)程通信。

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