創(chuàng)新型超級彈力纖維問世

文/魏道培

瑞士聯(lián)邦理工學院科學家近日宣布，他們研發(fā)出一種新型的超級彈力纖維紗。之所以說這種纖維具有超級彈力，是因為它用多種材料混合加工而成，具有高性能，可作為隱形神經(jīng)傳感器直接用于可穿戴服裝和智能機器人的機械手等。這種纖維紗線極細，材料主要是由人造橡膠合成，能與電極、納米復合聚合物混合使用，它主要用于新型智能紡織物和醫(yī)學移植材料。

這是一種纖紗型傳感材料，以全新的方式探測到機械手上最小的壓力和拉伸，且能耐變形，可折疊率接近500%，隨之完全回復到原來的狀態(tài)。它的所有性能都適合應用于智能穿戴和假肢，并能為機器人提供人造神經(jīng)系統(tǒng)。據(jù)稱，這是世界上首例為機器人研制出的神經(jīng)系統(tǒng)，給智能穿戴帶來了一場革命。

這類纖維是瑞士聯(lián)邦理工學院研發(fā)團隊集體智慧的結(jié)晶，它采用了光量子材料。這種超級彈力纖維具有微結(jié)構(gòu)，融入了各類不同的其他物質(zhì)材料?？茖W家認為，這類超級彈力纖維紗線的制作方法簡單、快速。加入電極材料后，這種纖維絲一下就變成超級靈敏的傳感器。不僅如此，其生產(chǎn)方法也很簡單，可在短時間內(nèi)生產(chǎn)出數(shù)百米的特殊纖維材料。該成果已發(fā)表在美國《高級材料》學刊上。

為研發(fā)這種纖紗，科學家采用了熱拉伸加工工藝。這是一種光纖制造的標準方式，也謹慎利用了3D模式設計，結(jié)合了各類纖維成型的生產(chǎn)方式。如融化塑料一樣加熱、拉伸，直到細度直徑達到數(shù)百微米，長度達到預定標準為止。與之同時，它也能橫向收縮，交叉時相互位置與細度不變。最終，這種微結(jié)構(gòu)的纖紗制造出來，構(gòu)成了其高性能的屬性。

在此制造過程中，溫控是關鍵因素。若一般材料進行熱拉伸，纖維材料就會變得易脆，容易斷裂。但若在新標準條件下采用創(chuàng)新的方式進行拉伸，研究人員就能夠直接掌控，熱塑彈性材料加熱時熔化的程度。其他纖維紗在拉伸之后可能變形，但這類纖紗擁有記憶功能，拉伸后能完全回復到原來的狀態(tài)。

納米復合聚酯、金屬和熱塑也能與纖維材料結(jié)合，包括液體金屬，但這些材料變形的幾率很高。然而，若在纖維絲兩端加3根電極絲，此時，通電后的纖維電極反應完全取決于相關的壓強，它既可傳輸信號也能確定屬于什么性質(zhì)的信號并確定其相關電壓的類型。

最近，德國柏林理工大學機器與生物實驗室的科學家把這類纖維絲作為人造神經(jīng)植入機器人手指。這樣，無論何時機器人手接觸到任何物件，纖維內(nèi)的電極都會通過纖紗把信號傳輸?shù)綑C器人周身，也能與環(huán)境互動。科學家將其附在絲網(wǎng)編織類服裝上獲得同樣的神經(jīng)感應效果。由此可以斷定，這種材料具有神經(jīng)感應功能。事實上這種材料還可以制作成軟按鈕，貼附在衣服上。

研究人員認為，這類材料的其他應用也十分廣泛，尤其是熱拉伸加工，可輕易實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。作為紡織工業(yè)的專利創(chuàng)新應用，要直接實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)是完全能做到的。