hyfi 4月纺织黑科技 | 这些纺织前沿科技超乎想象！智能纱线、扭转蛛丝、自系带运动鞋……

一个

南开大学:“智能纱”让衣袖自动伸缩

如果衣服能感应到皮肤表面的湿度，出汗时长袖变成短袖，出汗后恢复，那就太神奇了。现在，这个想法已经成为可能。近日，南开大学药物化学生物国家重点实验室刘尊峰教授团队研制出一种绿色环保的真丝“智能纱”。这种新型的“智能纱线”可以通过感知湿度的变化自动拉伸，不仅可以用于智能纺织品，还可以作为柔性机器人研发的“人造肌肉”。研究结果最近发表在《高级功能材料》在线版上。

这种“智能纱”采用100%天然蚕丝，不经过化学改性，不添加其他添加剂，主要通过脱胶、加捻、并条、热定型等工艺加工而成。纱线置于水雾中，可实现每毫米547的可逆捻度。当湿度从20%变化到80%时，卷曲和热定型的纱线将收缩到30%。

这种机械变化不需要外力驱动，而是来源于氢键的丧失和丝蛋白吸水引起的相应结构转变。这一推论已被丝绸分子动力学模拟的原子和宏观表征所证实。研究人员用这种“智能纱线”编织了一个洋娃娃大小的智能上衣。当环境湿度增加(如出汗或天气潮湿)时，智能陀螺的袖长收缩到原来长度的一半；当湿度下降时，它会回到原来的状态。通过纤维对水分含量的敏感反应，织物可以改变自身的尺寸，从而有效实现人体微环境的湿热调节功能。

2

武汉大学:大规模制备高强度甲壳素丝

尿布面料等常见产品具有方便快捷的优点，但产品不易降解，丢弃后会对环境造成严重污染。因此，寻找可替代的生物降解材料具有重要意义。甲壳素作为一种可生物降解的可再生资源，尚未得到大量开发和利用。原因是甲壳素分子之间和分子内部含有大量氢键，难以溶解和利用。近年来发展起来的绿色溶剂，如离子液体，已被用于溶解甲壳素，通过干喷湿纺制备甲壳素纤维，但其力学性能并不理想。

近日，武汉大学张丽娜院士课题组和四川大学付强教授课题组成功制备了可降解高强度甲壳素丝。蚕丝内部由约27纳米的纳米纤维组成，赋予蚕丝高达2.33 cN/dtex的机械强度。该项目发表在《材料化学》上，标题为“具有纳米纤维结构、生物相容性和生物降解性的机械强度高的甲壳素纤维”。

研究人员采用碱/尿素体系冷冻甲壳素得到甲壳素纺丝液，并采用湿法纺丝技术大规模制备甲壳素丝。在低温植酸凝固浴中再生时，在温和的再生条件下，在溶液中拉伸的甲壳素分子链容易排列和聚集形成纳米纤维，从而获得基于纳米纤维的高强度甲壳素丝。这一原则已在以前的研究中得到证实。

细胞毒性实验表明，制备的高强度甲壳素丝能促进心肌细胞的生长。此外，甲壳素丝具有优异的降解性，其土壤降解周期和体外降解周期分别只需22天和34天。由此可见，本工作制备的可降解高强度甲壳素丝不仅有望替代纸尿裤等面料，还能减少难降解污染物的排放；优良的生物相容性也拓宽了其应用领域，如可吸收手术缝合线、伤口敷料等。

三

华中科技大学:湿态蜘蛛丝加捻的新特点

近日，华中科技大学土木工程学院力学系课题组刘大彪在美国科学进步协会(AAAS)出版的《科学进展》(Science Advances)子刊上发表了题为《蜘蛛丝作为湿度驱动的扭转作动器》的研究论文。

蜘蛛产的大颈静脉腺丝力学性能最好，被称为“生物钢”。以前的研究表明，这种大壶腹腺丝对水敏感，具有“超缩”性能。当相对湿度达到一定水平时，可以在长度方向收缩50%左右。蜘蛛丝的超收缩性使其在人工肌肉或拉伸驱动器领域具有潜在的应用价值。然而，湿度如何影响蜘蛛丝的扭转变形行为尚不清楚。

该小组的研究表明，当相对湿度达到70%左右时，蜘蛛的大壶腹腺丝开始产生每毫米300多个扭转变形。通过调节相对湿度，研究人员可以精确控制蜘蛛丝的扭转变形，这在丝、头发和凯夫拉尔纤维中是没有的。然后，他们根据蜘蛛丝的分子结构解释了这种现象的物理机制。蜘蛛丝主要由MaSp1和MaSp2蛋白组成，其中含有大量脯氨酸环。水分子反应时，脯氨酸环中的氢键不对称断裂，导致蜘蛛丝向一个方向扭曲。这一发现可以启发人们设计新型扭转致动器或人造肌肉，并有助于开发新的传感器、智能纺织品或绿色能源设备。

著名生物物理学家、威斯康星大学麦迪逊分校教授蛹吉尔伯特评论说:“这是一个奇妙的发现，因为作者观察到蜘蛛丝的扭曲是巨大的。这种蜘蛛丝就像一根绳子，随着空空气湿度的变化而不断扭动。这种具有特殊性质的分子机制可用于制造由湿度驱动的柔软机器人或智能织物。”

四

东华大学:可穿戴发电面料

智能服装被认为是可穿戴电子产品的最终形式，研究人员越来越重视将能源系统与服装相结合，构建可穿戴能源。摩擦纳米发电机(TENG)与人们的日常服装相结合，不仅可以满足穿戴舒适性，还可以构建一系列以人体运动为能源的自驱动传感装置和能量收集系统。

近日，东华大学材料学院博士后教师黄涛作为第一作者在《纳米能源》上发表了题为《基于组织形态设计增强的可水洗摩擦纳米发电织物作为可穿戴能源》的学术论文，并发表了他在可穿戴发电织物领域的最新研究成果。

研究人员使用导电纤维作为电极和正电性摩擦材料，通过工业纺织设备设计出各种组织结构的摩擦纳米发电织物。同时，以膨胀聚四氟乙烯(e-PTFE)为电负性摩擦材料，采用层压法制备e-PTFE织物，最终构建了一种可大规模连续制备、柔韧性好、透气性好、可水洗的独立层工作模式的摩擦纳米发电织物。

利用工业纺织设备，只需设置程序，就可以大规模制备网格结构的织物电极。研究表明，这种结构可以明显提高收集电荷、电流密度和输出频率。此外，独立层模式的网格结构非常适合通过移动物体来收集能量，不需要电线或物理接触，如人类手臂的摆动、行走能量等。，也可用于监控人体运动。

五

曼彻斯特大学:批量制备石墨烯纱线

据报道，英国国家石墨烯研究所团队开发的工艺可以使现有纺织机械在不增加生产成本的情况下生产数吨导电石墨烯基纱线。这种工艺可以在高速工业设备中扩展，以生产吨(~1000千克/小时)导电纺织纱线，用于下一代可穿戴电子应用。除了大量生产纱线，石墨烯基纱线还具有耐洗、柔韧、廉价和可生物降解的特点。

研究人员还报告了一种高度可扩展和超快速生产的石墨烯基柔性、可清洗和可弯曲的可穿戴纺织品传感器。石墨烯片及其分散体旨在为耐磨纺织品应用选择最佳配方。然后，使用高速纱线染色技术用石墨烯基油墨对纺织纱线进行染色(涂覆)。石墨烯基纱线可以作为柔性传感器集成到针织结构中，数据可以通过自供电射频识别或低功率蓝牙无线发送到设备。通过该方法制备的石墨烯织物传感器显示出优异的温度敏感性、良好的可洗性和极高的柔韧性。

六

莱卡公司:T859莱卡HyFit纤维

3月19日，美国莱卡公司宣布将推出T859莱卡HyFit纤维，这将是全球个人护理行业最新的氨纶/弹性纤维创新产品。这种纤维的引入可以节省成人保健品的制造成本，降低排放和运输成本，生产出更环保、碳足迹更少的产品。

T859莱卡HyFit纤维已经获得专利，目前正在弗吉尼亚州韦恩斯伯勒生产，并将在全球工厂投入生产。将在每个地区提供产品样品，以便客户可以开始评估和鉴定过程。像所有莱卡品牌纤维一样，这一创新获得了稳定的技术支持，帮助成人卫生产品制造商保持高效运营。

莱卡个人护理总裁斯科特·布莱克达尔(Scott Blackadar)表示:“莱卡致力于通过创新产品促进健康行业的发展，以满足消费者对舒适和健康的需求。我们开发了T859莱卡HyFit纤维，以帮助制造商在不牺牲服装质量和性能以及消费者穿着体验的情况下降低运营成本和碳足迹。”

七

守护者GT，VR控制的巨臂机器人

对于一些机器人来说，举起几百个甚至上千个物体很容易，但是这些巨人做一些细致的工作真的很难。然而最近，美国的肉瘤公司建造了一个巨型机器人“守护者”(Guardian)GT，它可以通过手势识别系统跟踪控制器的每一个动作。

守护者GT有一对2米多长的机械臂，动作灵活流畅，没有任何僵硬的机械感，就像人类的手臂在操作一样。操作者只要戴上双目摄像头和VR系统，就可以用第一人称视觉操作Guardian GT，甚至可以熟练地拿起和放下细小易碎的零件。当然握拳、伸手、拉伸都没有压力。此外，开发人员还增加了力反馈系统，使得当机械手触摸物体时，控制器可以感受到实时触摸，从而在触摸物体时可以自动减小力和速度，防止过大的力对物体造成损坏。守护者GT举起500公斤物体，回到手中的重量只有2.5公斤。

八

彪马自鞋带运动鞋彪马菲

近日，彪马发布了彪马飞度智能(以下简称“彪马Fi”)。Puma Fi定位健身和轻度锻炼，Puma希望从客户那里收集更多的反馈，并根据这些反馈来改进或增加更多的功能。

彪马开发彪马Fi三年，采用全黑配色设计，自拉筋系统两侧有蓝色LED灯，很有未来感。用户可以在鞋子上用手势直接滑动控制自鞋带系统，也可以在即将推出的iPhone和Apple Watch的配套应用上控制松紧，还可以在佩戴前调节三档松紧。彪马Fi预计售价330美元。

九

触摸手套增加了外科培训技术的触摸

去年，基础外科宣布推出一种模拟器，它使用双触觉反馈臂来提供执行各种外科手术的“感觉”。该系统进一步展示了整个虚拟现实手套的集成。基础外科是由总部位于伦敦的原教旨VR公司开发的，该公司基于集中式托管软件平台。

外科医生通过头部显示器观察和听到各种手术的声音，并通过移动连接到反馈臂的真实手柄来操作虚拟手术工具。当这些工具按压、探测或切入计算机动画的肌肉和骨骼时，手臂会反推用户的手，这可以复制外科医生在实际执行手术时会遇到的阻力。

现在西雅图的触觉反馈手套已经和这个系统一起使用了。每只HaptX手套配有130个微流体触觉传感器，通过按压用户皮肤和模拟触摸物体的感觉来响应模拟中发生的情况。该系统可以向每个手指施加高达4磅(1.8千克)的阻力反馈。此外，它使用运动跟踪技术以亚毫米精度跟踪用户的手部运动。原教旨虚拟现实公司(原教旨虚拟现实)的首席执行官理查德·文森特(Richard Vincent)说:“谈到外科手术训练模拟，触摸是改变游戏规则的一种方式，但传统上只能使用价值数十万美元的固定设备。我们的平台目前与触觉臂结合使用，但随着硬件创新，市场上出现了触觉手套等新产品，其设计也在不断发展。”

10

自修复可拉伸电子皮肤

水母是海洋环境中重要的浮游生物，看起来非常漂亮。最近，新加坡国立大学的科学家们受到这种透明无脊椎动物的启发，构建了他们的最新作品:一种可自我修复、可拉伸、触敏的电子皮肤，可用于开发软机器人和各种人机通信接口，简称眼镜(GLASSES)。

这项研究的首席研究员本杰明·蒂(Benjamin Tee)和他的团队通过将弹性塑料与富含氟的离子液体混合形成凝胶，创造了一种透明的电子皮肤，这种皮肤可以在潮湿的环境中“自我修复”和操作，这在以前类似的电子皮肤中是不可能的。如果皮肤被割破或撕裂，研究小组证明它可以在几分钟内主动恢复导电性，并在几天内自行缝合。而且这种材料还具有导电性，这意味着它可以对触摸、拉伸和张力做出反应。这些力改变了电子皮肤的电特性。通过测量这些变化，电子皮肤可以成为创建各种可以响应触摸的传感器的可行方法。本杰明·蒂说:“我们希望创造一个未来，在这个未来，由智能材料制成的电子设备可以执行自我修复功能，以减少世界上的电子垃圾量。”