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这件衣服长了耳朵!最新《自然》:一条纤维,如何让科幻成真

科技 5个月前 社科兔
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  想象这样的场景:你穿在身上的衣服,不仅能替你在嘈杂环境中辨别声音来源,还能记录你的每一次心跳。这样“长耳朵”的衣服听上去相当科幻,但在本周的一篇《自然》论文中,来自MIT等机构的科学家让科幻成真了。

这件衣服长了耳朵!最新《自然》:一条纤维,如何让科幻成真

  其实,用衣服“听”声音在理论上并不奇怪。包括你正穿着的衣服在内,所有织物都能因声音而振动。但问题是,这种振动的幅度只有纳米尺度,我们该如何捕捉这些难以察觉的信号?

  对这项研究的作者来说,给予他们灵感的是我们的耳朵。当声波到达人耳时,耳膜中有一个纤维层,可以将声波转化为机械振动;随后,机械振动通过听骨进入内耳,在这里耳蜗将振动转化为电信号,最终通过神经元进入大脑。

  同样,这项研究要做的也是打造一款能将声波最终转化为电信号的织物。在他们的设计中,这款纤维的核心是一种压电材料:发生弯曲或机械形变时,压电材料能产生电信号,从而将声音振动转化为电信号。

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  具体来说,这种纤维包含了压电性的聚合物基底,以及压电材料钛酸钡陶瓷颗粒。随后,研究团队使用热拉法,在高温下将整个纤维拉长,从而赋予材料最强的压电性质。

  从纤维到织布,研究团队并不需要直接将这些纤维编织成完整的布料。他们只需要将一根压电纤维编织到普通的纱线上,就可以制造出足够灵敏、能够“听”声的织物。这种织物能捕捉的最小音量为40分贝,相当于安静的图书馆环境。此外,这款材料可以机洗,并且垂悬性高、易于成型,这些特征都为打造可穿戴的装置奠定了基础。

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  那么,基于这种材料打造的衣服有什么作用呢?研究团队将这种压电织物编织进衬衫贴着皮肤的一层,这样当周围有人在拍手时,衬衫就能辨别出声音来源的方向。在3米外,这款织物可以探测声音来源的角度,误差在1°以内。因此,这项技术有望帮助听力受损的人在嘈杂环境中定位,从而更精准地倾听。

  这种织物的另一个神奇应用是,其打造的衣服可以实时监测使用者的心跳,以及第一心音和第二心音的轻微波动。此外,这种材料还有望用于监测孕妇的胎心。

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  论文第一作者,现任职于新加坡南洋理工大学的Wei Yan教授表示:“穿着这件声学服装,你可以通过它来打电话并与他人交流。此外,穿着者的皮肤几乎感觉不到这种材料,因此可以长期舒适地实时监测心跳和呼吸条件。”

  除了这些场景,研究人员相信,这款材料还有更广阔的应用空间。例如,植入宇航服中,用于聆听太空尘埃的位置;嵌入建筑物,探测裂缝和应力疲劳的风险。

  “这项研究提供了一种全新的途径,使得织物可以聆听我们的身体及周围环境。”论文通讯作者,MIT教授Yoel Fink表示。

  参考资料:

  [1] Yan, W。, Noel, G。, Loke, G。 et al。 Single fibre enables acoustic fabrics via nanometre-scale vibrations。 Nature (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41586-022-04476-9

  [2] A fabric that “hears” your heartbeat。 Retrieved Mar 17th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/946234

  本文转自药明康德内容

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