研究人员发明了一种可以让人用衬衫接电话的声学织物
作者 | cnBeta2022-03-18

可穿戴技术正在朝着远超Apple Watch和FitBits的方向发展。科学家们将裤子、T恤衫和夹克衫重新设想为可具有多种用途,他们发明了一种能够检测并产生声音的“声学织物”。

声学织物

由这种材料制成的衣服将有可能可以通过接收我们皮肤上的振动来持续监测我们的心脏或呼吸频率,为我们提供接听电话和通过我们的服装进行沟通的选择并作为一种助听器来帮助那些有听力损失的人在嘈杂的环境中穿梭。

来自新加坡南洋理工大学的助理教授、这项研究的论文第一作者Wei Yan表示,这种织物还可以跟航天器的皮肤结合以倾听太空尘埃,或嵌入建筑物来检测裂缝或应变,“它甚至还可以被编织成一张智能网来监测海洋中的鱼类。”

智能织物产品就这个全新的声学布,是相对较新的工程努力,在过去几年里一直在发展。如我们已经看到像变色衣服和能像人类皮肤一样“出汗”的材料的兴起。这些都涉及创新技术,如智能手机应用的兼容性和复杂的微流体平台。

以下为这种跟声音有关的新材料的工作原理:

一种由压电材料制成的柔性纤维--一种对电信号敏感的物质--被编织在织物中。虽然我们穿的衣服可以接收到我们附近的声音振动,但我们无法真正感知到它们,因为隆隆声是在纳米尺度上运作的。而这正是该研究团队研发的纤维的作用。它捕捉这些微小的振动,并将其转化为电信号,然后记录在一个设备上供以后检查。研究人员指出,他们的设计灵感来自于人类耳朵的工作方式,这涉及到一个类似的振动到信号的转换过程,不过它需要一个额外的步骤来处理压力。

测试一个交互式服装

作为原理证明,该团队将用这种特殊纤维编织的服装暴露在一系列声音振动中。结果它成功地将振动--人类无法辨别的振动--转换成适当的电信号。

该项研究的论文共同作者、麻省理工学院的一名研究员Grace Noel在一份声明中介绍称:“这表明膜上纤维的性能可跟手持式麦克风媲美。在另一方面,该团队还决定看看这种织物是否可以被反向设计,进而不仅可以检测声音振动并将其转换为可用的电气数据,还可以作为扬声器操作将电气数据转换回我们可以听到的振动。”

为此,研究人员录制了一串话并将录音输入到纤维中,与此同时还对其施加了电压功率。结果是,这款服装接收了电信号并以相反的方式进行了转换--播放我们的耳朵可以检测到的声音振动。不过该团队并没有就此止步。他们展开了更多的实验,以真正了解这种织物可以延伸到什么程度。有两个实验特别值得注意:

第一个实验是研究人员将织物缝在一件衬衫的背面,然后他们在以各种姿势站立时拍打他们的手。这个想法是要看看布板是否能接收到声音来自哪个方向。结果它做到了。Noel说道:“在3米远的地方,布料能够探测到1度以内的声音角度。”

第二个实验是,研究小组将一根纤维缝制在衬衫的内衬上并覆盖在胸部区域,然后让一名健康的志愿者穿上这件衣服。正如预期的那样,它准确地监测了志愿者的心跳。令人震惊的是,该研究指出,几乎任何用这种纤维织成的织物都不会变得沉重或充满松软的电线。

研究报告的论文共同作者Elizabeth Meiklejohn在一份声明中指出:“它的感觉几乎就像一件轻便的夹克--比牛仔裤轻,但比礼服衬衫重。”据悉,她是罗德岛设计学院的一名研究生,用标准织布机编织了这种织物。

而更重要的是。这种材料可以机洗。

来自麻省理工学院的研究员兼这项研究的论文共同作者Yoel Fink称:“这项研究的成果为织物提供了一种倾听我们身体和周围环境的新方式。”


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