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智能衣服-充满电极的弹性纤维
发布者:产业用及无纺布展 | 发布日期:2018/6/13 9:07:46

智能衣服-充满电极的弹性纤维

  超弹性,多材料和高性能纤维

  这是思考传感器的全新方式。EPFL开发的微小纤维由弹性体制成,可以包含电极和纳米复合材料等材料。纤维甚至可以检测到最轻微的压力和应变,在恢复其初始形状之前可承受接近500%的变形。所有这一切使它们成为智能服装和假肢应用的理想选择,并为机器人创造人造神经。

  这些光纤是由EPFL的光子材料和光纤器件实验室(FIMAP)开发的,由Fabien Sorin在工程学院领导。科学家提出了一种快速简便的方法,将不同种类的微结构嵌入超弹性纤维中。例如,通过在关键位置添加电极,他们将光纤变为超灵敏的传感器。更重要的是,他们的方法可用于在短时间内生产数百米的光纤。

  加热,然后拉伸

  为了制造纤维,科学家们使用了热拉伸工艺,这是光纤制造的标准工艺。他们首先创建了一个宏观的预制棒,其中各种纤维组件以精心设计的3D模式排列。然后,他们加热预制棒并将其拉伸,像熔化的塑料一样,制成直径数百微米的纤维。虽然这个过程纵向延伸了部件的图案,但它也横向收缩,这意味着部件的相对位置保持不变。最终的结果是一组具有极其复杂的微架构和先进性能的光纤。

  到目前为止,热拉伸可用于制造刚性纤维。但索林和他的团队使用它来制造弹性纤维。在选择材料的新标准的帮助下,他们能够确定一些加热时具有高粘度的热塑性弹性体。纤维拉伸后,它们可以拉伸变形,但总是恢复到原来的形状。

  刚性材料如纳米复合材料聚合物,金属和热塑性塑料可以引入纤维中,也可以引入容易变形的液态金属。“例如,我们可以在光纤的顶部添加三个电极串,在底部添加一个电极串,不同的电极将会接触,这取决于压力如何施加到光纤上,这将导致电极传输信号,然后可以读取这些数据以确定纤维的受力类型 - 例如压缩应力或剪切应力,“Sorin说。

  机器人的人工神经

  与柏林技术大学机器人和生物学实验室的Oliver Brock博士教授合作,科学家将他们的纤维作为人造神经集成到机器人手指中。无论什么时候手指接触到某物,光纤中的电极都会传输有关机器人与其环境的触觉交互的信息。研究团队还测试了将纤维添加到大网眼衣物中以检测压缩和拉伸。“我们的技术可以用来开发一种直接集成到服装中的触摸键盘,”索林说。

  研究人员看到许多其他潜在的应用。特别是因为热拉伸工艺可以轻松调整大规模生产。这对制造业来说是一个真正的优势。纺织部门已经对新技术表示了兴趣,专利也已经提交。

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  来源:爱极客