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【工业之美】可穿戴在身上的“发电机” 只要在阳光下散散步

在光照充足、条件稳定的情况下,一块手套大小的智能织物能够维持5V左右的电压,基本可以满足随身电子设备包括电子表、手机等不间断地工作。

图片来源:视觉中国

2016年9月12日,国际著名能源学术期刊《Nature Energy》(《自然·能源》)刊登了重庆大学化学化工学院副教授范兴团队和美国佐治亚理工学院王中林教授课题组关于“智能织物”科研成果的论文。

《nature》杂志,以“一种可以采集两种能量的织物”为题对论文进行评论 来源:《Nature》杂志网站

“这块织物的特殊之处在于既可利用光能,也可利用人体运动的机械能。”范兴在接受《重庆日报》采访时说道,他强调“智能织物”的研究充分考虑了安全性问题,除了织物材料自身安全性有保障,目前研究过程也集中在低电压范围内,可以说对人体是无害的。

“智能织物”的特写图 来源:能源学术期刊《Nature Energy》
进行研究工作中的范兴 来源:重庆大学官网

论文显示,这块智能织物采用的原材料是一种成本很低而且质量很小的聚酯纤维,而且在纤维表面再镀上一层金属层和一层半导体涂层,从而形成一个能够采集光能的太阳能电池发电模块、一个能采集运动过程中微弱机械能的发电模块,后者实际上是一种机械摩擦纳米发电机。

然后将这些加工过的纤维与羊毛混合通过飞梭织布技术纺织在一起,就织成了这种智能织物,厚度仅0.32毫米。由于其材质原因,这块智能织物相比于普通衣服,要更加轻薄和柔软。

“智能织物”的结构图 来源:重庆大学官网

飞梭是指安装在滑槽里带有小轮的梭子,织布机滑槽两端装上弹簧,使梭子可以极快地来回穿行,这使得织布速度变快,而且能织比以前更宽的布,提高了织布效率。

值得一提的是,研究人员还将这块智能织物的太阳能发电模块和机械能发电机模块按照不同的电气输出要求进行各种复杂的串并联,并根据需求集成到人体衣物的不同部位。研究显示,在光照充足、条件稳定的情况下,一块长5厘米、宽4厘米的“智能织物”,犹如女孩子手套大小,能够维持5V左右的电压,基本可以满足随身电子设备包括电子表、手机等不间断地工作。

目前这块智能织物还未进行过长期耐用性测试,但经过研究人员的500次卷曲试验,织物的性能没有显示下降。

进行发电实验的“智能织物” 来源:重庆大学官网

“除了制作可穿戴设备,这种织物还可用于制造更大型的自供电日常用品,如窗帘和帐篷等,甚至还可以与其他纤维基功能设备整合在一起,如传感器等。”范兴表示。

智能织物并不是新鲜名词,我们最早提到的智能织物,一般来自于在百货商店中购买到的能够阻挡电磁辐射的衣物,用可以抵挡辐射的面料制作而成。2014年,美国服饰品牌拉尔夫·劳伦(Ralph.Lauren)就曾在网球公开赛上推出一款名为“Polo Tech Shirt”的智能运动T恤,可以现场收集运动员的锻炼数据。

“Polo Tech Shirt”智能运动T恤 来源:Ralph.Lauren 官网

2016年7月3日,谷歌(Google Inc.)宣布和全球最大服饰公司之一李维斯(Levi's)联合推出第一款智能衣物Levi's Commuter Trucker Jacket(下称Levi's 智能夹克),并于今年年底进行限量版的内测。

Levi's 智能夹克 来源:Levi's官网

这款智能衣服来自于一项名为“Project Jacquard”智能织布机计划,谷歌和Levi's力图通过改革现有的织布机技术,在2017年推出一款真正的智能夹克衫,即将智能交互功能放在我们平常穿的牛仔夹克衫里,让智能织布机纺织出来的布料能够成为人和计算机互动的一个桥梁。

据Levi's官网介绍,制成Levi's 智能夹克首先要将普通的纺织原料和可导电的丝线编织到一起,形成一种新的电子互动纺织丝线,然后再正常进行织衣的步奏。这些特殊的丝线都连接在夹克的一个智能标签上,标签等于是信息的连接中心和控制中心。穿上Levi's 智能夹克的客户,可以通过衣服来直接控制自己的手机,在夹克的袖子上直接播放音乐、显示地图等。

感应人体动作中的Levi's 智能夹克 来源:Levi's官网
Levi's 智能夹克对应在手机上还拥有配套的App等 来源:Levi's官网

此外,和Apple Watch一样,Levi's 智能夹克对应在手机上还拥有配套的App,用户的控制手势对应的命令可以事先在上面进行预设和编辑。比如客户摩擦衣服表面或是在夹克衫上点几下后,夹克的丝线会将信息传播到控制中心智能标签上,进行对应的控制指令回应,比如让手机来电铃声静音或者播放手机的音乐等。

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