FibeRobo低成本致动纤维诞生 可对热做出反应用于生产变形织物

amplly

原创2023-10-28 00:15·cnBeta

研究人员创造出了一种低成本纤维，它受热后会收缩，散热后又会恢复形状。这种可变形纤维与现有的纺织机械兼容，而且不依赖于传感器或其他硬件，因此可以有多种用途。一段时间以来，研究人员一直在努力生产可融入纺织品的可变形纤维，这些纤维可用于从保暖到衬垫飞机等一系列用途。但许多纤维都需要硬件，因此在实验室外使用并不现实。

                               
登录/注册后可看大图

现在，麻省理工学院和东北大学的研究人员开发出了一种名为 FibeRobo 的低成本致动纤维，这种纤维可随温度变化而改变形状，并与现有的纺织品制造机械兼容，这意味着它有可能在现实世界中得到应用。

这项研究的第一作者杰克-福曼（Jack Forman）说："我们用纺织品做任何事情。我们用纤维增强复合材料制造飞机，我们用防辐射织物覆盖国际空间站，我们用它们来表达个人风格和表演服装。我们环境中的很多东西都具有适应性和响应性，但最需要具有适应性和响应性的东西--纺织品--却是完全惰性的。"

为了制造出一种既能悄无声息地驱动和改变形状，又能与普通纺织品制造程序兼容的纤维，研究人员注意到了液晶弹性体（LCE）。液晶是一系列可以像液体一样流动的分子，但当它们被允许沉淀时，就会堆积成晶体排列。

他们将这些晶体结构整合到一个具有伸缩性的弹性体网络中。当对 LCE 施加热量时，晶体会失去排列，并将弹性体拉到一起，导致纤维收缩。移除热量后，分子又会恢复到原来的排列方式。

将加热后的 LCE 树脂通过喷嘴慢慢挤压，同时用紫外线固化，就制成了纤维。光线必须恰到好处。光线太弱会导致材料分离和滴落；光线太强则会导致材料结块。然后，将纤维浸入油中，使其有一层光滑的涂层，并用强紫外线再次固化，形成结实光滑的纤维。最后，将纤维收集到顶部的线轴上，并蘸上粉末，这样就可以轻松地滑入纺织制造机器。

"我们可以转动很多旋钮，"Forman 说。"从零开始开发这种工艺耗费了很多精力，但最终它为我们生产纤维提供了很大的自由度"。

从化学合成到成品线轴，整个过程大约需要一天时间，可生产出约一公里（0.6 英里）长的即用纤维。研究人员将这种纤维命名为 FibeRobo，其生产成本为每米 20 美分（3.3 英尺），比市场上销售的可改变形状的纤维便宜约 60 倍。它可以在不弯曲的情况下收缩 40%，不过皮肤安全型的收缩率仅为 25%。

                               
登录/注册后可看大图

FibeRobo 可以低成本生产，并可与现有技术一起用于制造变形纺织品

这种纤维可用于工业缝纫机、针织机和非工业手工织布机，也可用于钩针编织，无需对工艺进行任何改动。为了测试 FibeRobo 的性能，研究人员使用一台工业针织机为福曼的爱犬制作了一件压缩夹克，它可以通过智能手机的蓝牙信号"拥抱"宠物。

                               
登录/注册后可看大图

他们还用它制作了一种绣花自适应运动胸罩，当用户开始运动时，胸罩就会收紧。

研究人员计划让FibeRobo的化学成分可回收或生物降解，并简化聚合物合成过程，让没有实验室专业知识的用户也能自己制作。

"归根结底，你并不想要一种神化的织物，"Forman 说。"你想要的是一种纤维，当你使用它时，它属于材料的集合体--你可以像使用其他纤维材料一样使用它，但它又具有许多令人兴奋的新功能。"

研究人员希望，将来人们可以像购买纱线球一样在工艺品商店购买 FibeRobo，并用它来制作自己的变形产品。

这项研究将在 2023 年 10 月举行的第 36 届 ACM 用户界面软件与技术研讨会上发表，下面这段由麻省理工学院制作的视频展示了 FibeRobo 的功能。