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(chǔ)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(shí)具有透氣導(dǎo)濕等獨(dú)特性能。這些優(yōu)點(diǎn)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(dòng)的形式提供即時(shí)的觸覺反饋。該團(tuán)隊(duì)建議，此類面料可用于幫助訓(xùn)練歌手或運(yùn)動(dòng)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(gè)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(jī)器進(jìn)行縫紉、機(jī)織或針織。

這種被稱為 OmniFibers 的纖維在計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)用戶界面軟件和技術(shù)在線會(huì)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(jià)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?yàn)樗耐鈱邮腔陬愃朴谄胀ň埘サ牟牧?。而且，它的快速響?yīng)時(shí)間以及它可以傳遞的力量的強(qiáng)度和多樣性允許使用觸覺（基于觸覺）進(jìn)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(diǎn)是它們要么是熱激活的，當(dāng)與人體皮膚接觸時(shí)會(huì)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(shí)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(tuán)隊(duì)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(yùn)動(dòng)，然后通過同一件衣服提供動(dòng)覺反饋，以鼓勵(lì)佳姿勢和呼吸模式以達(dá)到所需聲樂表演。“唱歌離家特別近，因?yàn)槲覌寢屖且幻鑴⊙輪T。她是一名女高音，”她說。在這件衣服的設(shè)計(jì)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(jī)器人纖維制成的服裝時(shí)進(jìn)行表演，并記錄來自編織在服裝中的應(yīng)變傳感器的運(yùn)動(dòng)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?！拔覀兘K能夠在紡織品中實(shí)現(xiàn)我們想要的傳感和驅(qū)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，并將其轉(zhuǎn)換為非歌手，一個(gè)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(gè)初步測試是在聲樂教育的背景下進(jìn)行的，但同樣的方法可以用來幫助運(yùn)動(dòng)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(dòng)和刺激肌肉群的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)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(yùn)動(dòng)員可以通過穿著模仿頂級運(yùn)動(dòng)員（無論是舉重運(yùn)動(dòng)員還是滑雪運(yùn)動(dòng)員）動(dòng)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(jī)械約束的非拉伸長絲。

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

Afsar 計(jì)劃繼續(xù)致力于使整個(gè)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(gè)月里，她計(jì)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(dòng)作練習(xí)，包括編舞和舞者的動(dòng)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(qiáng)度形成一個(gè)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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