這是一種全新的傳感器思維方式。EPFL開發(fā)的微纖維由彈性體制成，可以加入電極和納米復(fù)合聚合物等材料。纖維甚至可以檢測(cè)到最輕微的壓力和應(yīng)變，并且在恢復(fù)其初始形狀之前可以承受接近500%的變形。所有這一切使它們非常適合智能衣服和假肢的應(yīng)用，以及為機(jī)器人創(chuàng)造人工神經(jīng)。

這些纖維是由EPFL的光子材料和光纖器件實(shí)驗(yàn)室(FIMAP)開發(fā)的，該實(shí)驗(yàn)室由工程學(xué)院的Fabien Sorin領(lǐng)導(dǎo)。科學(xué)家提出了一種快速簡(jiǎn)便的方法，可以在超彈性纖維中嵌入不同類型的微結(jié)構(gòu)。例如，通過在關(guān)鍵位置添加電極，他們將光纖轉(zhuǎn)變?yōu)槌`敏傳感器。更重要的是，他們的方法可用于在短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)數(shù)百米的光纖。他們的研究剛剛發(fā)表在Advanced Materials上。

加熱，然后拉伸

為了制造纖維，科學(xué)家們采用了熱拉伸工藝，這是光纖制造的標(biāo)準(zhǔn)工藝。他們開始創(chuàng)建一個(gè)宏觀的預(yù)制件，各種纖維組件以精心設(shè)計(jì)的3D圖案排列。然后，他們加熱預(yù)制棒并像熔化的塑料一樣將其拉伸，制成直徑為幾百微米的纖維。雖然這個(gè)過程縱向延伸了部件的圖案，但它也橫向收縮，這意味著部件的相對(duì)位置保持不變。最終結(jié)果是一組具有極其復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)和先進(jìn)性能的纖維。

到目前為止，熱拉伸可用于僅制造剛性纖維。但索林和他的團(tuán)隊(duì)用它來制造彈性纖維。借助于選擇材料的新標(biāo)準(zhǔn)，他們能夠識(shí)別出一些在加熱時(shí)具有高粘度的熱塑性彈性體。拉伸纖維后，它們可以拉伸和變形，但它們總是恢復(fù)到原來的形狀。

可以將諸如納米復(fù)合材料聚合物，金屬和熱塑性塑料的剛性材料引入纖維中，以及可以容易變形的液態(tài)金屬。“例如，我們可以在光纖頂部添加三串電極，在底部添加一根電極。根據(jù)壓力如何施加到光纖上，不同的電極會(huì)接觸。這將導(dǎo)致電極傳輸信號(hào)，然后可以讀取以確定光纖接觸到的應(yīng)力的確切類型 - 例如壓縮或剪切應(yīng)力，“索林說。

機(jī)器人的人工神經(jīng)

與奧利弗布羅克博士(柏林技術(shù)大學(xué)機(jī)器人與生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室)教授合作，科學(xué)家將他們的纖維整合到機(jī)器人手指中作為人工神經(jīng)。每當(dāng)手指觸摸某物時(shí)，光纖中的電極就會(huì)傳遞有關(guān)機(jī)器人與其環(huán)境的觸覺交互的信息。研究小組還測(cè)試了將纖維添加到大網(wǎng)眼服裝中以檢測(cè)壓縮和拉伸。“我們的技術(shù)可用于開發(fā)直接集成到服裝中的觸控鍵盤，”索林說。

研究人員看到許多其他潛在的應(yīng)用。特別是因?yàn)榭梢匀菀椎卣{(diào)整熱拉伸工藝以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。這對(duì)制造業(yè)來說是一個(gè)真正的好處。紡織部門已表示對(duì)新技術(shù)感興趣，并已提交專利。