身體熱量驅(qū)動(dòng)的新型智能服裝

研究人員開(kāi)發(fā)出一種涂有聚合物的新型智能織物，可為小型可穿戴設(shè)備提供電力。開(kāi)發(fā)可穿戴技術(shù)的人的設(shè)計(jì)目標(biāo)之一是創(chuàng)造舒適的服裝，其中還包括人們?cè)絹?lái)越多地用于監(jiān)控健康和健身的各種小型設(shè)備的電源。馬薩諸塞州阿默斯特大學(xué)(UMass)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)表示，他們已經(jīng)通過(guò)一種新的織物實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，這種織物能夠?yàn)樾⌒涂纱┐魑㈦娮赢a(chǎn)生體熱。

人工智能長(zhǎng)期以來(lái)一直是開(kāi)發(fā)人員從事高性能計(jì)算和基于云的系統(tǒng)的工具。人工智能改變了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方式，電子郵件掃描方式，甚至是我們與手機(jī)和設(shè)備交互的方式。雖然AI和機(jī)器學(xué)習(xí)總是感覺(jué)像是一個(gè)生活在實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)之外的遙遠(yuǎn)工具，但機(jī)器學(xué)習(xí)正在基于微控制器的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，事實(shí)上，它已經(jīng)存在!

雖然許多可穿戴式生物傳感器，數(shù)據(jù)發(fā)送器以及用于個(gè)性化健康監(jiān)測(cè)的類似可穿戴技術(shù)現(xiàn)已“創(chuàng)造性地小型化”，但它們?nèi)匀恍枰罅磕茉?，麻省大學(xué)阿默斯特分校的材料化學(xué)家Trisha Andrew在麻省大學(xué)新聞發(fā)布會(huì)上表示。她說(shuō)，這通常意味著電池或電線連接到外部電源，這些電池或電線體積大且不舒服，并且不適合用戶友好的設(shè)計(jì)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Andrew和研究生Linden Allison利用羊毛和棉的自然低熱傳輸特性來(lái)制造熱電服，可以在稱為熱電堆的電子設(shè)備上保持溫度梯度。她說(shuō)，這種裝置即使長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)磨損也能將熱量轉(zhuǎn)化為電能。

“從本質(zhì)上講，我們利用面料的基本絕緣性能來(lái)解決設(shè)備界長(zhǎng)期存在的問(wèn)題，”安德魯說(shuō)。她說(shuō)，這項(xiàng)工作可以幫助設(shè)備工程師在尋求為可穿戴電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)新能源以及對(duì)創(chuàng)造智能服裝感興趣的設(shè)計(jì)師時(shí)提供幫助。

事實(shí)上，雖然研究人員開(kāi)發(fā)出可以為可穿戴設(shè)備收集電力的織物，但尚未證實(shí)的是它們的電氣，機(jī)械和熱穩(wěn)定性隨著時(shí)間的推移，安德魯說(shuō)。

UMass團(tuán)隊(duì)的工作基于這樣的理論：體熱可以通過(guò)利用體溫和環(huán)境冷卻空氣之間的差異來(lái)產(chǎn)生能量，從而產(chǎn)生“熱電”效應(yīng)。以這種方式，具有高導(dǎo)電率和低導(dǎo)熱率的材料可以將電荷從溫暖區(qū)域移向較冷區(qū)域。

安德魯承認(rèn)，研究已經(jīng)證明，一些材料可以在8小時(shí)的工作日內(nèi)從人體獲取少量的能量。然而，迄今為止在這些實(shí)施例中使用的材料要么非常昂貴，要么有毒，要么效率低。

“我們開(kāi)發(fā)的是一種廉價(jià)蒸汽印刷生物相容，柔韌，輕質(zhì)聚合物薄膜的方法，這種聚合物薄膜由日常豐富的材料制成，具有足夠高的熱電性能，足以為小型設(shè)備供電的棉花織物， “她解釋道。

具體而言，研究人員通過(guò)將導(dǎo)電聚合物PEDOT-Cl蒸汽印刷到兩種形式的商業(yè)棉織物上來(lái)制造他們的全織物熱電堆 - 一種是緊密編織和一種是中編織。然后，他們將這種熱電堆集成到一個(gè)專門設(shè)計(jì)的可穿戴帶中，當(dāng)佩戴在人的手上時(shí)，該帶可產(chǎn)生大于20毫伏的熱電壓，并可用作電源。

該團(tuán)隊(duì)在“高級(jí)材料技術(shù)”雜志的一篇論文中描述了他們的工作。研究人員通過(guò)在溫水中洗滌并通過(guò)掃描電子顯微鏡評(píng)估性能來(lái)測(cè)試聚合物涂層織物的耐久性。研究人員在他們的論文中寫道，測(cè)試顯示，涂層“在洗滌或磨損后沒(méi)有裂縫，分層或機(jī)械沖洗，證實(shí)了氣相印刷PEDOT-Cl的機(jī)械堅(jiān)固性”。

該團(tuán)隊(duì)還詳細(xì)介紹了他們?nèi)绾问褂枚ㄖ铺结槣y(cè)量涂層的表面電導(dǎo)率，發(fā)現(xiàn)松散編織棉的導(dǎo)電性高于更緊密的編織材料。研究人員寫道，這兩種織物的導(dǎo)電性“在摩擦和洗滌后基本保持不變”。