一個

南開大學(xué):“智能紗”讓衣袖自動伸縮

如果衣服能感應(yīng)到皮膚表面的濕度，出汗時長袖變成短袖，出汗后恢復(fù)，那就太神奇了?，F(xiàn)在，這個想法已經(jīng)成為可能。近日，南開大學(xué)藥物化學(xué)生物國家重點(diǎn)實驗室劉尊峰教授團(tuán)隊研制出一種綠色環(huán)保的真絲“智能紗”。這種新型的“智能紗線”可以通過感知濕度的變化自動拉伸，不僅可以用于智能紡織品，還可以作為柔性機(jī)器人研發(fā)的“人造肌肉”。研究結(jié)果最近發(fā)表在《高級功能材料》在線版上。

這種“智能紗”采用100%天然蠶絲，不經(jīng)過化學(xué)改性，不添加其他添加劑，主要通過脫膠、加捻、并條、熱定型等工藝加工而成。紗線置于水霧中，可實現(xiàn)每毫米547的可逆捻度。當(dāng)濕度從20%變化到80%時，卷曲和熱定型的紗線將收縮到30%。

這種機(jī)械變化不需要外力驅(qū)動，而是來源于氫鍵的喪失和絲蛋白吸水引起的相應(yīng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。這一推論已被絲綢分子動力學(xué)模擬的原子和宏觀表征所證實。研究人員用這種“智能紗線”編織了一個洋娃娃大小的智能上衣。當(dāng)環(huán)境濕度增加(如出汗或天氣潮濕)時，智能陀螺的袖長收縮到原來長度的一半；當(dāng)濕度下降時，它會回到原來的狀態(tài)。通過纖維對水分含量的敏感反應(yīng)，織物可以改變自身的尺寸，從而有效實現(xiàn)人體微環(huán)境的濕熱調(diào)節(jié)功能。

2

武漢大學(xué):大規(guī)模制備高強(qiáng)度甲殼素絲

尿布面料等常見產(chǎn)品具有方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，但產(chǎn)品不易降解，丟棄后會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，尋找可替代的生物降解材料具有重要意義。甲殼素作為一種可生物降解的可再生資源，尚未得到大量開發(fā)和利用。原因是甲殼素分子之間和分子內(nèi)部含有大量氫鍵，難以溶解和利用。近年來發(fā)展起來的綠色溶劑，如離子液體，已被用于溶解甲殼素，通過干噴濕紡制備甲殼素纖維，但其力學(xué)性能并不理想。

近日，武漢大學(xué)張麗娜院士課題組和四川大學(xué)付強(qiáng)教授課題組成功制備了可降解高強(qiáng)度甲殼素絲。蠶絲內(nèi)部由約27納米的納米纖維組成，賦予蠶絲高達(dá)2.33 cN/dtex的機(jī)械強(qiáng)度。該項目發(fā)表在《材料化學(xué)》上，標(biāo)題為“具有納米纖維結(jié)構(gòu)、生物相容性和生物降解性的機(jī)械強(qiáng)度高的甲殼素纖維”。

研究人員采用堿/尿素體系冷凍甲殼素得到甲殼素紡絲液，并采用濕法紡絲技術(shù)大規(guī)模制備甲殼素絲。在低溫植酸凝固浴中再生時，在溫和的再生條件下，在溶液中拉伸的甲殼素分子鏈容易排列和聚集形成納米纖維，從而獲得基于納米纖維的高強(qiáng)度甲殼素絲。這一原則已在以前的研究中得到證實。

細(xì)胞毒性實驗表明，制備的高強(qiáng)度甲殼素絲能促進(jìn)心肌細(xì)胞的生長。此外，甲殼素絲具有優(yōu)異的降解性，其土壤降解周期和體外降解周期分別只需22天和34天。由此可見，本工作制備的可降解高強(qiáng)度甲殼素絲不僅有望替代紙尿褲等面料，還能減少難降解污染物的排放；優(yōu)良的生物相容性也拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，如可吸收手術(shù)縫合線、傷口敷料等。

三

華中科技大學(xué):濕態(tài)蜘蛛絲加捻的新特點(diǎn)

近日，華中科技大學(xué)土木工程學(xué)院力學(xué)系課題組劉大彪在美國科學(xué)進(jìn)步協(xié)會(AAAS)出版的《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)子刊上發(fā)表了題為《蜘蛛絲作為濕度驅(qū)動的扭轉(zhuǎn)作動器》的研究論文。

蜘蛛產(chǎn)的大頸靜脈腺絲力學(xué)性能最好，被稱為“生物鋼”。以前的研究表明，這種大壺腹腺絲對水敏感，具有“超縮”性能。當(dāng)相對濕度達(dá)到一定水平時，可以在長度方向收縮50%左右。蜘蛛絲的超收縮性使其在人工肌肉或拉伸驅(qū)動器領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。然而，濕度如何影響蜘蛛絲的扭轉(zhuǎn)變形行為尚不清楚。

該小組的研究表明，當(dāng)相對濕度達(dá)到70%左右時，蜘蛛的大壺腹腺絲開始產(chǎn)生每毫米300多個扭轉(zhuǎn)變形。通過調(diào)節(jié)相對濕度，研究人員可以精確控制蜘蛛絲的扭轉(zhuǎn)變形，這在絲、頭發(fā)和凱夫拉爾纖維中是沒有的。然后，他們根據(jù)蜘蛛絲的分子結(jié)構(gòu)解釋了這種現(xiàn)象的物理機(jī)制。蜘蛛絲主要由MaSp1和MaSp2蛋白組成，其中含有大量脯氨酸環(huán)。水分子反應(yīng)時，脯氨酸環(huán)中的氫鍵不對稱斷裂，導(dǎo)致蜘蛛絲向一個方向扭曲。這一發(fā)現(xiàn)可以啟發(fā)人們設(shè)計新型扭轉(zhuǎn)致動器或人造肌肉，并有助于開發(fā)新的傳感器、智能紡織品或綠色能源設(shè)備。

著名生物物理學(xué)家、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校教授蛹吉爾伯特評論說:“這是一個奇妙的發(fā)現(xiàn)，因為作者觀察到蜘蛛絲的扭曲是巨大的。這種蜘蛛絲就像一根繩子，隨著空空氣濕度的變化而不斷扭動。這種具有特殊性質(zhì)的分子機(jī)制可用于制造由濕度驅(qū)動的柔軟機(jī)器人或智能織物?！?/p>

四

東華大學(xué):可穿戴發(fā)電面料

智能服裝被認(rèn)為是可穿戴電子產(chǎn)品的最終形式，研究人員越來越重視將能源系統(tǒng)與服裝相結(jié)合，構(gòu)建可穿戴能源。摩擦納米發(fā)電機(jī)(TENG)與人們的日常服裝相結(jié)合，不僅可以滿足穿戴舒適性，還可以構(gòu)建一系列以人體運(yùn)動為能源的自驅(qū)動傳感裝置和能量收集系統(tǒng)。

近日，東華大學(xué)材料學(xué)院博士后教師黃濤作為第一作者在《納米能源》上發(fā)表了題為《基于組織形態(tài)設(shè)計增強(qiáng)的可水洗摩擦納米發(fā)電織物作為可穿戴能源》的學(xué)術(shù)論文，并發(fā)表了他在可穿戴發(fā)電織物領(lǐng)域的最新研究成果。

研究人員使用導(dǎo)電纖維作為電極和正電性摩擦材料，通過工業(yè)紡織設(shè)備設(shè)計出各種組織結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電織物。同時，以膨脹聚四氟乙烯(e-PTFE)為電負(fù)性摩擦材料，采用層壓法制備e-PTFE織物，最終構(gòu)建了一種可大規(guī)模連續(xù)制備、柔韌性好、透氣性好、可水洗的獨(dú)立層工作模式的摩擦納米發(fā)電織物。

利用工業(yè)紡織設(shè)備，只需設(shè)置程序，就可以大規(guī)模制備網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的織物電極。研究表明，這種結(jié)構(gòu)可以明顯提高收集電荷、電流密度和輸出頻率。此外，獨(dú)立層模式的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)非常適合通過移動物體來收集能量，不需要電線或物理接觸，如人類手臂的擺動、行走能量等。，也可用于監(jiān)控人體運(yùn)動。

五

曼徹斯特大學(xué):批量制備石墨烯紗線

據(jù)報道，英國國家石墨烯研究所團(tuán)隊開發(fā)的工藝可以使現(xiàn)有紡織機(jī)械在不增加生產(chǎn)成本的情況下生產(chǎn)數(shù)噸導(dǎo)電石墨烯基紗線。這種工藝可以在高速工業(yè)設(shè)備中擴(kuò)展，以生產(chǎn)噸(~1000千克/小時)導(dǎo)電紡織紗線，用于下一代可穿戴電子應(yīng)用。除了大量生產(chǎn)紗線，石墨烯基紗線還具有耐洗、柔韌、廉價和可生物降解的特點(diǎn)。

研究人員還報告了一種高度可擴(kuò)展和超快速生產(chǎn)的石墨烯基柔性、可清洗和可彎曲的可穿戴紡織品傳感器。石墨烯片及其分散體旨在為耐磨紡織品應(yīng)用選擇最佳配方。然后，使用高速紗線染色技術(shù)用石墨烯基油墨對紡織紗線進(jìn)行染色(涂覆)。石墨烯基紗線可以作為柔性傳感器集成到針織結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)可以通過自供電射頻識別或低功率藍(lán)牙無線發(fā)送到設(shè)備。通過該方法制備的石墨烯織物傳感器顯示出優(yōu)異的溫度敏感性、良好的可洗性和極高的柔韌性。

六

萊卡公司:T859萊卡HyFit纖維

3月19日，美國萊卡公司宣布將推出T859萊卡HyFit纖維，這將是全球個人護(hù)理行業(yè)最新的氨綸/彈性纖維創(chuàng)新產(chǎn)品。這種纖維的引入可以節(jié)省成人保健品的制造成本，降低排放和運(yùn)輸成本，生產(chǎn)出更環(huán)保、碳足跡更少的產(chǎn)品。

T859萊卡HyFit纖維已經(jīng)獲得專利，目前正在弗吉尼亞州韋恩斯伯勒生產(chǎn)，并將在全球工廠投入生產(chǎn)。將在每個地區(qū)提供產(chǎn)品樣品，以便客戶可以開始評估和鑒定過程。像所有萊卡品牌纖維一樣，這一創(chuàng)新獲得了穩(wěn)定的技術(shù)支持，幫助成人衛(wèi)生產(chǎn)品制造商保持高效運(yùn)營。

萊卡個人護(hù)理總裁斯科特·布萊克達(dá)爾(Scott Blackadar)表示:“萊卡致力于通過創(chuàng)新產(chǎn)品促進(jìn)健康行業(yè)的發(fā)展，以滿足消費(fèi)者對舒適和健康的需求。我們開發(fā)了T859萊卡HyFit纖維，以幫助制造商在不犧牲服裝質(zhì)量和性能以及消費(fèi)者穿著體驗的情況下降低運(yùn)營成本和碳足跡。”

七

守護(hù)者GT，VR控制的巨臂機(jī)器人

對于一些機(jī)器人來說，舉起幾百個甚至上千個物體很容易，但是這些巨人做一些細(xì)致的工作真的很難。然而最近，美國的肉瘤公司建造了一個巨型機(jī)器人“守護(hù)者”(Guardian)GT，它可以通過手勢識別系統(tǒng)跟蹤控制器的每一個動作。

守護(hù)者GT有一對2米多長的機(jī)械臂，動作靈活流暢，沒有任何僵硬的機(jī)械感，就像人類的手臂在操作一樣。操作者只要戴上雙目攝像頭和VR系統(tǒng)，就可以用第一人稱視覺操作Guardian GT，甚至可以熟練地拿起和放下細(xì)小易碎的零件。當(dāng)然握拳、伸手、拉伸都沒有壓力。此外，開發(fā)人員還增加了力反饋系統(tǒng)，使得當(dāng)機(jī)械手觸摸物體時，控制器可以感受到實時觸摸，從而在觸摸物體時可以自動減小力和速度，防止過大的力對物體造成損壞。守護(hù)者GT舉起500公斤物體，回到手中的重量只有2.5公斤。

八

彪馬自鞋帶運(yùn)動鞋彪馬菲

近日，彪馬發(fā)布了彪馬飛度智能(以下簡稱“彪馬Fi”)。Puma Fi定位健身和輕度鍛煉，Puma希望從客戶那里收集更多的反饋，并根據(jù)這些反饋來改進(jìn)或增加更多的功能。

彪馬開發(fā)彪馬Fi三年，采用全黑配色設(shè)計，自拉筋系統(tǒng)兩側(cè)有藍(lán)色LED燈，很有未來感。用戶可以在鞋子上用手勢直接滑動控制自鞋帶系統(tǒng)，也可以在即將推出的iPhone和Apple Watch的配套應(yīng)用上控制松緊，還可以在佩戴前調(diào)節(jié)三檔松緊。彪馬Fi預(yù)計售價330美元。

九

觸摸手套增加了外科培訓(xùn)技術(shù)的觸摸

去年，基礎(chǔ)外科宣布推出一種模擬器，它使用雙觸覺反饋臂來提供執(zhí)行各種外科手術(shù)的“感覺”。該系統(tǒng)進(jìn)一步展示了整個虛擬現(xiàn)實手套的集成?；A(chǔ)外科是由總部位于倫敦的原教旨VR公司開發(fā)的，該公司基于集中式托管軟件平臺。

外科醫(yī)生通過頭部顯示器觀察和聽到各種手術(shù)的聲音，并通過移動連接到反饋臂的真實手柄來操作虛擬手術(shù)工具。當(dāng)這些工具按壓、探測或切入計算機(jī)動畫的肌肉和骨骼時，手臂會反推用戶的手，這可以復(fù)制外科醫(yī)生在實際執(zhí)行手術(shù)時會遇到的阻力。

現(xiàn)在西雅圖的觸覺反饋手套已經(jīng)和這個系統(tǒng)一起使用了。每只HaptX手套配有130個微流體觸覺傳感器，通過按壓用戶皮膚和模擬觸摸物體的感覺來響應(yīng)模擬中發(fā)生的情況。該系統(tǒng)可以向每個手指施加高達(dá)4磅(1.8千克)的阻力反饋。此外，它使用運(yùn)動跟蹤技術(shù)以亞毫米精度跟蹤用戶的手部運(yùn)動。原教旨虛擬現(xiàn)實公司(原教旨虛擬現(xiàn)實)的首席執(zhí)行官理查德·文森特(Richard Vincent)說:“談到外科手術(shù)訓(xùn)練模擬，觸摸是改變游戲規(guī)則的一種方式，但傳統(tǒng)上只能使用價值數(shù)十萬美元的固定設(shè)備。我們的平臺目前與觸覺臂結(jié)合使用，但隨著硬件創(chuàng)新，市場上出現(xiàn)了觸覺手套等新產(chǎn)品，其設(shè)計也在不斷發(fā)展。”

10

自修復(fù)可拉伸電子皮膚

水母是海洋環(huán)境中重要的浮游生物，看起來非常漂亮。最近，新加坡國立大學(xué)的科學(xué)家們受到這種透明無脊椎動物的啟發(fā)，構(gòu)建了他們的最新作品:一種可自我修復(fù)、可拉伸、觸敏的電子皮膚，可用于開發(fā)軟機(jī)器人和各種人機(jī)通信接口，簡稱眼鏡(GLASSES)。

這項研究的首席研究員本杰明·蒂(Benjamin Tee)和他的團(tuán)隊通過將彈性塑料與富含氟的離子液體混合形成凝膠，創(chuàng)造了一種透明的電子皮膚，這種皮膚可以在潮濕的環(huán)境中“自我修復(fù)”和操作，這在以前類似的電子皮膚中是不可能的。如果皮膚被割破或撕裂，研究小組證明它可以在幾分鐘內(nèi)主動恢復(fù)導(dǎo)電性，并在幾天內(nèi)自行縫合。而且這種材料還具有導(dǎo)電性，這意味著它可以對觸摸、拉伸和張力做出反應(yīng)。這些力改變了電子皮膚的電特性。通過測量這些變化，電子皮膚可以成為創(chuàng)建各種可以響應(yīng)觸摸的傳感器的可行方法。本杰明·蒂說:“我們希望創(chuàng)造一個未來，在這個未來，由智能材料制成的電子設(shè)備可以執(zhí)行自我修復(fù)功能，以減少世界上的電子垃圾量?！?/p>