身體熱量驅(qū)動的新型智能服裝

研究人員開發(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，其中還包括人們越來越多地用于監(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)的一個團(tuán)隊(duì)表示，他們已經(jīng)通過一種新的織物實(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。

人工智能長期以來一直是開發(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)總是感覺像是一個生活在實(shí)時嵌入式系統(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)送器以及用于個性化健康監(jiān)測的類似可穿戴技術(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)布會上表示。她說，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)。

為了解決這個問題，Andrew和研究生Linden Allison利用羊毛和棉的自然低熱傳輸特性來制造熱電服，可以在稱為熱電堆的電子設(shè)備上保持溫度梯度。她說，這種裝置即使長時間持續(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解決設(shè)備界長期存在的問題，”安德魯說。她說，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)新能源以及對創(chuàng)造智能服裝感興趣的設(shè)計(jì)師時提供幫助。

事實(shí)上，雖然研究人員開發(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)定性隨著時間的推移，安德魯說。

UMass團(tuán)隊(duì)的工作基于這樣的理論：體熱可以通過利用體溫和環(huán)境冷卻空氣之間的差異來產(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。

“我們開發(fā)的是一種廉價蒸汽印刷生物相容，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專門設(shè)計(jì)的可穿戴帶中，當(dāng)佩戴在人的手上時，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。研究人員通過在溫水中洗滌并通過掃描電子顯微鏡評估性能來測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，測試顯示，涂層“在洗滌或磨損后沒有裂縫，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”。