未來時裝如何變得“智能”

張唯誠

以前，智能手機把我們從電腦桌前解放了出來。而現在，智能服裝又要發力了，它將把電子產品從我們的口袋里掏出來，放到衣服上。到那時，把手機充電器留在家里可能只意味著一件事：你忘了穿褲子。

時刻追隨時尚

大多數現有的變色紡織品都是依賴環境照明或者人體自身的熱量來達到變色效果。現在，研究人員發明了一種可通過點擊手機屏來改變顏色的衣服，它將賦予時裝“永不遜色”以全新的含義。

這種服裝已于2018 年4月在美國鳳凰城材料研究協會春季會展上亮相。它由特殊的絲線織成，直徑為幾根頭發絲粗細，包括中間的銅絲和套在銅絲上的聚合物套管。聚合物可以是聚酯、尼龍，也可以是其他材料，這取決于布料要求的柔軟度和堅固度。聚合物套管上有一種顏料，可根據溫度變化變換顏色，這種變化非常微妙，乃至于穿戴者都感覺不到。穿戴者將Wi-Fi 信號用智能手機發送給衣服上的電池，電池將電流傳入絲線中的銅絲，從而加熱顏料以激活色彩“開關”。這些絲線可以使面料在立體、條紋、格子和其他圖案之間相互變換。

從這項技術中獲益最多的有可能是時尚潮人和那些無法決定早上穿什么衣服的人，但對于其他人，這項技術也有好處。比如，午餐時不小心把食物灑在了淺色的襯衫上，你可以調用深色把污漬藏起來;當你在陽光下行走或在黑暗中騎行，你或許想穿淺色或發亮的衣服，很簡單，點一下應用程序就可以搞定;不想洗衣服，沒問題，第二天照樣衣著光鮮。此外，制作這種服裝的面料還可以用于箱包、汽車內飾、窗簾和家具等。

替代ID 和密鑰

研究人員已經發明了一種用含有銀或銅屑的金屬線織成的可存儲密碼的衣服。正常情況下，這種金屬線中原子的磁極指向是隨機的，但當靠近磁鐵時，線中所有原子的磁極便都指向北方或南方。利用這種變化，研究人員可編碼一些數據，或者是1，或者是0，一個磁力計就可以讀取它們。

美國西雅圖華盛頓大學的計算機科學家已經將磁代碼寫進了領帶、腰帶和腕帶中。現在這項技術還處于初級階段，單位面積上儲存的數據編碼很少，研究人員正力圖將更多的數據打包進更小的面板中。

一旦有了儲存數據的衣服，你就可以簡單地通過掃描你的袖子進入辦公室和公寓大樓。對一些人來說，這似乎并不是很大的進步，但對那些健忘的人來說則是一個福音。

動作精確管理

一身能感應動作的衣服還能讓你保持更好的坐姿，或者提示你在打高爾夫、彈鋼琴時的不規范動作。

為了準確地監控動作，美國佛羅里達州立大學的工程師們制造出了超薄的運動傳感器，它們可以嵌入到任何東西中，例如肩帶或者鞋底等。這種傳感器的關鍵部分是一層叫作巴克紙的材料，它的內部結構是一種密度很高的碳納米管，直徑和紅細胞相當。通常情況下，拉伸這種材料會導致碳納米管網絡出現空隙，從而阻礙電荷的流動。但是，工程師們把材料的這種缺點變成了優勢。他們將巴克紙連接到電路上，通過測量紙上的電阻變化顯示它的拉伸程度。這種傳感器極為敏感，哪怕材料的變化僅為長度的0.005%，它也能顯示出來。對于那些需要在短期內對運動進行微觀管理的人來說，準確地監控動作是必要的，這就像理療師需要病人嚴格按醫生的要求接受治療一樣，而帶有巴克紙傳感器的衣服就可以幫助人們做到這一點。

給生活添光彩

在2016 年紐約大都會藝術博物館的慈善舞會上，身著LED 燈飾時裝的女演員克萊爾·丹尼斯“閃亮登場”，令人印象深刻。現在看來，LED燈已顯不足，因為它們太硬太脆，讓人感覺不舒服。人們需要更薄更柔韌的新光源，而有機發光二極管OLED 可以滿足人們的這種需求。

OLED 顯示器通常是用塑料或玻璃制成的方塊面板，但韓國高級科學技術研究所的工程師們將它們織進了織物中。

研究人員將OLED 顯示器固定在聚酯薄膜上，其厚度只有200 納米，它們被壓進緊密編織的超細聚酯纖維織物中，其柔軟靈活的程度甚至強于制造柔軟顯示器的塑料面板。

這種新型的基于織物的OLED 顯示器，每個OLED都只發出一種顏色的光，但織物組成的屏幕可用許多可變色像素顯示信息。這個團隊還制作了OLED 線，用于顯示文字和圖案。

這些科學家還設想了一種能進行光療的OLED 服裝，專門用于治療季節性情緒紊亂癥。通常情況下，患有這種病的人要坐在一種名為光療盒的特殊光源前接受光照治療，這種光源模擬室外陽光，可以達到平復不良情緒的目的。現在，OLED 服裝也有望提供光療了。

用陽光和運動獲取能量

智能服裝也有麻煩之處，在工作了一整天之后，你要脫下衣服為它充電。要消除這種煩惱，長壽電池是關鍵。那么，為什么不設計一種能持續利用陽光和運動產生電能的可穿戴設備呢？

科學家已于2016 年首次推出了能量收集織物。這種面料主要由聚合物和羊毛纖維制成，重量輕、靈活、透氣。據說一片長5 厘米、寬4 厘米的織物在陽光下就可以給手機充電了。

捕捉陽光的織物是用光伏電線編織而成的。當陽光照射一根電線時，光粒子把電子從原子中撞擊出去，于是在一個材料層中留下帶正電的空穴，另一個電子導電層得到那些流散的電子。這種電荷的分離產生了一種電壓，可以產生電能，從而為設備供電。

與此同時，這種織物的其他部分則將動能轉化為電能。那里含有一種叫作PTFE的聚合物，它貯存電子。當它和銅線織在一起時， 由于銅線輕易地放棄電子，這樣一來，每當織物被折疊或壓縮時， 一些銅線的電子就會因摩擦而吸附到PTFE 上來。這個過程產生了靜電荷，就像冬天梳理頭發或者脫下毛衣時發生的情況一樣。當織物放松時，帶負電荷的PTFE與帶正電荷的銅絲又發生分離，這就為電力設備制造出了電壓。這種材料可以縫在袖子里，或者鞋底上，這樣一來，手臂的擺動和雙腳的運動就都能生產能量了。

這種織物的能量還可以存儲在衣服上的電容器或者電池中，它們用含有銀鋅氧化物的墨水直接打印到衣服上;也可以儲存在鋅離子絲線電池中。

人們設想把這種能量收集材料織進帳篷里，當帳篷沐浴在陽光下或被風吹動時，它就可以為露營者的設備充電了。

讓人成為行走的發電機

如果衣服上裝有熱電發電機，那么身體的熱量就可以轉化成電能。

美國北卡羅萊納州立大學的研究人員使用一種紐扣大小的發電機，主要部分是夾在兩塊陶瓷板之間的半導體棒。當發電機的一邊比另一邊熱，例如，一邊靠近你的皮膚，而另一邊則暴露在空氣中時，半導體棒熱端的電子就會擴散到半導體棒的冷端，于是產生了一個微小的電壓。將每根棒的正極和負極連接起來，這些電壓就會加在一起，就像把電池一節節地放進手電筒里一樣。

研究人員將這些熱電發電機嵌入T 恤中。如果僅僅只是穿著這件衣服，那就不會產生太多的能量，因為皮膚和周圍的空氣之間的溫差是如此之小。但是，如果穿著者站起來，走路或者慢跑，身體溫度的提升就會使發電機的一側加熱，而風則會冷卻發電機裸露的另一側。在一項測試中，當佩戴者行走時，發電機每平方厘米可釋放6 微瓦的能量，而在慢跑過程中則能釋放18 微瓦。

不過這樣的電能還遠遠不能成為智能手表或者手機的電源，但一兩個厘米大小的熱電發電機已能為低功率傳感器，例如心臟監測器供電了。研究人員正在努力提高這種發電機的效能以將它們用于更加耗能的電子產品上。如果人們能夠做得更好，那么即使你只是在沙發上坐著，它也能為你的設備充電。

（摘自《百科知識》2019年第6期）