国际进展关注
柔性可穿戴设备 智能织物，声学纤维
发布日期：2022-04-07 浏览次数：1090
织物Fabrics，因其化学组成和结构，传统上就可以用于吸声体 acoustic absorbers。
近日，麻省理工学院 Yoel Fink团队Wei Yan一作，在Nature上发文，报道了一种听觉系统仿生织物，可以作为灵敏的听觉麦克风，同时保留了织物的传统品质，如机洗性和悬垂性。织物介质是由棉经纱cotton warp纬纱weft中的高杨氏模量纺织纱线 textile yarns组成，将可听频率10-7个大气压微弱压力波，转换为低阶机械振动模式。编织到织物中的是热拉伸复合压电纤维，其与织物一致并将机械振动转换为电信号。
纤维灵敏度的关键是弹性覆层，该覆层将机械应力集中在压电复合层中，该压电复合层具有大约每牛顿46皮库伦的高压电电荷系数，这是热拉伸工艺的结果。响应于可听声激励的电输出和空间振动模式的同时测量，揭示了具有纳米振幅位移的织物振动模式是纤维电输出源。由于纤维占织物体积比例小于0.1%，一次纤维拉伸，就能制造出数十平方米的织物麦克风。
三个不同应用举例说明了这项研究的有用性：带有双声纤维的机织衬衫，可以测量声脉冲的精确方向，在作为声音发射器和接收器的两个织物之间，建立双向通信，以及衬衫听诊心音信号。
图1：织物话筒设计与原理。
图2：声学纤维制造和表征。
图3：膜上声学纤维表征。
图4：机织声学织物制造和表征。
图5：整合到衬衫中的机织吸声织物应用实例。
该项研究，实现了声学织物的原理、材料和机制。所得到的织物，能够以与商用麦克风相当的性能，有效地检测可听见的声音。在声音方向检测、声学通信和心音听诊方面的应用表明，该技术具有广泛适用性，可促进基于织物的人机界面、生理监测和保健、航空航天工程、通信、生物医学、机器人和计算织物发展。
