未来时装如何变得“智能”

张唯诚

以前，智能手机把我们从电脑桌前解放了出来。而现在，智能服装又要发力了，它将把电子产品从我们的口袋里掏出来，放到衣服上。到那时，把手机充电器留在家里可能只意味着一件事：你忘了穿裤子。

时刻追随时尚

大多数现有的变色纺织品都是依赖环境照明或者人体自身的热量来达到变色效果。现在，研究人员发明了一种可通过点击手机屏来改变颜色的衣服，它將赋予时装“永不逊色”以全新的含义。

这种服装已于2018 年4月在美国凤凰城材料研究协会春季会展上亮相。它由特殊的丝线织成，直径为几根头发丝粗细，包括中间的铜丝和套在铜丝上的聚合物套管。聚合物可以是聚酯、尼龙，也可以是其他材料，这取决于布料要求的柔软度和坚固度。聚合物套管上有一种颜料，可根据温度变化变换颜色，这种变化非常微妙，乃至于穿戴者都感觉不到。穿戴者将Wi-Fi 信号用智能手机发送给衣服上的电池，电池将电流传入丝线中的铜丝，从而加热颜料以激活色彩“开关”。这些丝线可以使面料在立体、条纹、格子和其他图案之间相互变换。

从这项技术中获益最多的有可能是时尚潮人和那些无法决定早上穿什么衣服的人，但对于其他人，这项技术也有好处。比如，午餐时不小心把食物洒在了浅色的衬衫上，你可以调用深色把污渍藏起来;当你在阳光下行走或在黑暗中骑行，你或许想穿浅色或发亮的衣服，很简单，点一下应用程序就可以搞定;不想洗衣服，没问题，第二天照样衣着光鲜。此外，制作这种服装的面料还可以用于箱包、汽车内饰、窗帘和家具等。

替代ID 和密钥

研究人员已经发明了一种用含有银或铜屑的金属线织成的可存储密码的衣服。正常情况下，这种金属线中原子的磁极指向是随机的，但当靠近磁铁时，线中所有原子的磁极便都指向北方或南方。利用这种变化，研究人员可编码一些数据，或者是1，或者是0，一个磁力计就可以读取它们。

美国西雅图华盛顿大学的计算机科学家已经将磁代码写进了领带、腰带和腕带中。现在这项技术还处于初级阶段，单位面积上储存的数据编码很少，研究人员正力图将更多的数据打包进更小的面板中。

一旦有了储存数据的衣服，你就可以简单地通过扫描你的袖子进入办公室和公寓大楼。对一些人来说，这似乎并不是很大的进步，但对那些健忘的人来说则是一个福音。

动作精确管理

一身能感应动作的衣服还能让你保持更好的坐姿，或者提示你在打高尔夫、弹钢琴时的不规范动作。

为了准确地监控动作，美国佛罗里达州立大学的工程师们制造出了超薄的运动传感器，它们可以嵌入到任何东西中，例如肩带或者鞋底等。这种传感器的关键部分是一层叫作巴克纸的材料，它的内部结构是一种密度很高的碳纳米管，直径和红细胞相当。通常情况下，拉伸这种材料会导致碳纳米管网络出现空隙，从而阻碍电荷的流动。但是，工程师们把材料的这种缺点变成了优势。他们将巴克纸连接到电路上，通过测量纸上的电阻变化显示它的拉伸程度。这种传感器极为敏感，哪怕材料的变化仅为长度的0.005%，它也能显示出来。对于那些需要在短期内对运动进行微观管理的人来说，准确地监控动作是必要的，这就像理疗师需要病人严格按医生的要求接受治疗一样，而带有巴克纸传感器的衣服就可以帮助人们做到这一点。

给生活添光彩

在2016 年纽约大都会艺术博物馆的慈善舞会上，身着LED 灯饰时装的女演员克莱尔·丹尼斯“闪亮登场”，令人印象深刻。现在看来，LED灯已显不足，因为它们太硬太脆，让人感觉不舒服。人们需要更薄更柔韧的新光源，而有机发光二极管OLED 可以满足人们的这种需求。

OLED 显示器通常是用塑料或玻璃制成的方块面板，但韩国高级科学技术研究所的工程师们将它们织进了织物中。

研究人员将OLED 显示器固定在聚酯薄膜上，其厚度只有200 纳米，它们被压进紧密编织的超细聚酯纤维织物中，其柔软灵活的程度甚至强于制造柔软显示器的塑料面板。

这种新型的基于织物的OLED 显示器，每个OLED都只发出一种颜色的光，但织物组成的屏幕可用许多可变色像素显示信息。这个团队还制作了OLED 线，用于显示文字和图案。

这些科学家还设想了一种能进行光疗的OLED 服装，专门用于治疗季节性情绪紊乱症。通常情况下，患有这种病的人要坐在一种名为光疗盒的特殊光源前接受光照治疗，这种光源模拟室外阳光，可以达到平复不良情绪的目的。现在，OLED 服装也有望提供光疗了。

用阳光和运动获取能量

智能服装也有麻烦之处，在工作了一整天之后，你要脱下衣服为它充电。要消除这种烦恼，长寿电池是关键。那么，为什么不设计一种能持续利用阳光和运动产生电能的可穿戴设备呢？

科学家已于2016 年首次推出了能量收集织物。这种面料主要由聚合物和羊毛纤维制成，重量轻、灵活、透气。据说一片长5 厘米、宽4 厘米的织物在阳光下就可以给手机充电了。

捕捉阳光的织物是用光伏电线编织而成的。当阳光照射一根电线时，光粒子把电子从原子中撞击出去，于是在一个材料层中留下带正电的空穴，另一个电子导电层得到那些流散的电子。这种电荷的分离产生了一种电压，可以产生电能，从而为设备供电。

与此同时，这种织物的其他部分则将动能转化为电能。那里含有一种叫作PTFE的聚合物，它贮存电子。当它和铜线织在一起时， 由于铜线轻易地放弃电子，这样一来，每当织物被折叠或压缩时， 一些铜线的电子就会因摩擦而吸附到PTFE 上来。这个过程产生了静电荷，就像冬天梳理头发或者脱下毛衣时发生的情况一样。当织物放松时，带负电荷的PTFE与带正电荷的铜丝又发生分离，这就为电力设备制造出了电压。这种材料可以缝在袖子里，或者鞋底上，这样一来，手臂的摆动和双脚的运动就都能生产能量了。

这种织物的能量还可以存储在衣服上的电容器或者电池中，它们用含有银锌氧化物的墨水直接打印到衣服上;也可以储存在锌离子丝线电池中。

人们设想把这种能量收集材料织进帐篷里，当帐篷沐浴在阳光下或被风吹动时，它就可以为露营者的设备充电了。

让人成为行走的发电机

如果衣服上装有热电发电机，那么身体的热量就可以转化成电能。

美国北卡罗莱纳州立大学的研究人员使用一种纽扣大小的发电机，主要部分是夹在两块陶瓷板之间的半导体棒。当发电机的一边比另一边热，例如，一边靠近你的皮肤，而另一边则暴露在空气中时，半导体棒热端的电子就会扩散到半导体棒的冷端，于是产生了一个微小的电压。将每根棒的正极和负极连接起来，这些电压就会加在一起，就像把电池一节节地放进手电筒里一样。

研究人员将这些热电发电机嵌入T 恤中。如果仅仅只是穿着这件衣服，那就不会产生太多的能量，因为皮肤和周围的空气之间的温差是如此之小。但是，如果穿着者站起来，走路或者慢跑，身体温度的提升就会使发电机的一侧加热，而风则会冷却发电机裸露的另一侧。在一项测试中，当佩戴者行走时，发电机每平方厘米可释放6 微瓦的能量，而在慢跑过程中则能释放18 微瓦。

不过这样的电能还远远不能成为智能手表或者手机的电源，但一两个厘米大小的热电发电机已能为低功率传感器，例如心脏监测器供电了。研究人员正在努力提高这种发电机的效能以将它们用于更加耗能的电子产品上。如果人们能够做得更好，那么即使你只是在沙发上坐着，它也能为你的设备充电。

（摘自《百科知识》2019年第6期）