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  近日，瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）科學家們采用一種快速簡便的途徑，制造出超彈性、多元材料、高性能的纖維。這種纖維已經作為傳感器用在機器人手指和衣服中。這項突破性的方法為新型智能織物和醫用植入物創造了條件。

（圖片來源：JAlban Kakulya / EPFL）

  這種纖維由 EPFL 光子材料和纖維設備實驗室（FIMAP）開發，團隊由 Fabien Sorin 帶領。科學家們采用一種快速簡便的方法，將不同種的微結構嵌入到超彈性纖維中。例如，他們通過在“關鍵位置”添加電極，將纖維轉化為超靈敏的傳感器。而且，他們的方法還可以在短時間內制造出幾百米的纖維。研究成果近日發表在Advanced Materials上。

  這是一種思考傳感器的全新方式。EPFL 開發的這種微型纖維由彈性體制成，可以包含像電極和納米復合聚合物之類的材料。即使最輕微的壓力和應變，這種纖維也能檢測到。此外，它在經受接近500%的變形之后，還可以恢復原狀。所有這些都使它能夠完美地應用于智能衣服、義肢和為機器人設計的人造神經等方面。

  為了制造這種纖維，科學家們采用了一種熱拉伸工藝，這是一種制造光纖的標準工藝。一開始，他們創造出了宏觀的預制件，其中的各種纖維成分排列成精心設計的三維圖案。然后，他們加熱預制件，將它拉伸，就像熔融的塑料一樣，從而制造出直徑達幾百微米的纖維。這一工藝縱向地拉伸纖維成分圖案，同時也會橫向地壓縮纖維成分，也就是說纖維成分的相對位置保持不變。最終的成果是一組具有極度復雜微結構和高級特性的纖維。

  迄今為止，熱拉伸只能用于制造剛性纖維。但是，Sorin 及其團隊卻采用它制造彈性纖維。在新的材料選擇標準的幫助下，他們可以識別出一些加熱后具有高粘度的熱塑性彈性體。在纖維受到拉伸后，它們會拉長和變形，但是卻總能恢復其原始形狀。

  剛性材料，例如納米復合聚合物、金屬和熱塑性塑料，以及可以輕易變形的液態金屬，都會被引入到纖維中。Sorin 表示：“例如，我們可以在纖維的頂部添加三根電極，底部添加一根。纖維受到的壓力多少，決定了不同的電極產生接觸。例如，這將導致電極傳遞信號，這種信號被讀取后，可以準確地判斷出纖維受到了何種壓力，例如壓應力或剪應力。”

  科學家們與 Oliver Brock 教授（柏林工業大學機器人與生物實驗室）合作，將這種纖維作為人造神經，集成到機器人手指中。每當手指觸碰東西的時候，纖維中的電極就會傳遞機器人與周圍環境之間的觸覺交互信息。他們還有一種測試方法，就是將他們的纖維添加到大網眼衣服上，檢測壓力和拉伸。Sorin 表示：“例如，我們的技術可用于開發能直接集成到衣服中的觸摸鍵盤。”

（圖片來源：EPFL）

（圖片來源：EPFL）

（圖片來源：EPFL）

  研究人員也看到了許多其他的潛在應用。尤其是，熱拉伸工藝經過簡單調整后可以用于量產。這對于制造業來說是一個真正的優勢。紡織行業已經對于這項新技術展示出濃厚的興趣。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201707251