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织物电子:“穿”在身上的“计算机”

来源:《中国科学报》2020-10-30 09:27

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  把一台计算机做成智能衣服舒适地“穿”在身上将成为现实。

  不过,这还取决于织物电子领域的未来发展。近日,香山科学会议在北京召开“织物电子、传感和计算的学术前沿、核心技术与应用展望”学术讨论会,与会专家首次系统论述了“织物电子、传感与计算”这一新概念。

  “以织物电子为支撑理论和技术的智能织物与服装将驱动人类社会迈向泛智能时代,重构人类生活和生存方式,催生新兴战略产业。”此次会议执行主席之一、电子科技大学移动计算中心教授陈东义在报告中指出。

  首提新概念

  织物电子是一个典型的交叉学科和汇聚工程,与多个领域紧密相关。会议执行主席之一、中国工程院院士俞建勇指出,织物电子是基于技术演进提出的新概念,涉及到电子织物在传感执行和计算上的功能实现等领域。

  会上,陈东义系统梳理了织物电子、智能织物、智能服装等相关概念的内涵、关系及区别。例如,织物电子与和它含义最接近的柔性电子也有区别。“柔性电子是将有机或无机材料电子器件制作在柔性或可延性塑料或薄金属基板上,通常包含电子元器件、柔性基板、交联导电体和黏合层等4个部分,主要采用‘印刷’的方式实现。”陈东义告诉《中国科学报》,“但是,织物电子则不一定是这样的结构,可以采用有机、无机和蛋白纤维材料,也不一定要通过‘印刷’实现,而是可以用编织、刺绣、针织、熔喷与黏合等工艺。”

  据此,和与会专家进行深入讨论后,陈东义明确提出了这样的概念:“织物电子是在纤维或纤维集合体(或面料)维度上生成电路、传感(执行)、能量和计算器件的电子技术。”

  这一概念的提出得到与会专家的普遍认同。“因此,‘织物电子系统’主要包括柔性传感器、柔性执行器、织物显示器、织物天线、产能和储能器及电子系统等。”会议执行主席之一、香港理工大学纺织及服装学系讲座教授陶肖明在报告中指出。

  会议执行主席之一、郑州大学副校长王宗敏则认为,该领域应在织物材料、织物传感与电子器件、织物电路与连接、算法与软件、织物系统(智能服装)与应用等几个层面展开系统性和综合性研究。

  面临诸多挑战

  简单地说,织物电子的含义就是要将一台计算机做成一件衣服,真正“穿”在身上。

  与会专家看到,目前大多数智能服装研究仍专注于如何将器件和模块缝制或嵌入到衣服中,忽视了纤维和织物电子研发与加工技术问题。“这令电子器件与智能服饰难以充分融合。”陈东义表示。

  作为一个崭新的领域,织物电子的发展面临诸多挑战,亟待从科学上取得突破。例如,材料方面须在实现电气性能的同时满足特定的机械和化学性能要求;设计环节涉及在织物和纤维层次上构造传感、计算器件或集成电路,目前尚无成熟的设计自动化与分析工具;电子织物对制造环境要求苛刻,缺乏技术标准、测试方法和制造设备等。

  中国科学院深圳先进技术研究院研究员王磊强调:“常规刚性计算设备(芯片等)与柔性服装物理难以兼容的问题需要解决。另外,目前几乎还没有能够囊括多尺度、多材料科学和工程工具的既定标准来指导智能服装系统的设计、制造和评估。”

  与会专家认为,多学科应通力合作、深入交叉,形成有效的跨学科机制,共同迎接这些挑战。

  “杀手级”应用牵引

  “杀手级”应用往往是推动新兴产业发展的驱动力。对于织物电子而言,与会专家认为,“杀手级”应用有望从健康与医疗应用上切入。

  通过身着智能服装收集的长时间、实时的人体生理数据,在全新的算法下,将让医学专家获得与人体健康相关的意想不到的新信息。“比如体温,如果能够实现1秒钟测一次,长时间24小时测下来,我们可以对人体代谢水平有更深入的了解。”中国中医科学院教授张启明在会议发言中表示,“我对能够实现这个目标的智能服装、传感器非常期待。”

  据介绍,一些前瞻性研究已经取得进展。例如,中国科学院计算技术研究所研究员陈益强团队提出新的无线传感方式,实现了超低成本和功耗的传感;中原工学院纺织学院教授熊帆团队提出织物干电极的新构造与原理,设计出与之相匹配的新算法;电子科技大学生物医学工程系教授饶妮妮团队基于心电监护的医学数据,发展了复杂疾病监护与辅助诊断的计算技术。

  与会专家相信,基于织物电子的智能系统能在健康医疗领域大显身手,助力健康医学从“被动医疗”走向“主动健康”。(甘晓)

[ 责编:蔡琳 ]
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