利用納米磁性復合材料和導電紗線制備，美國加州大學洛杉磯分校工程系陳俊等發明了一種智能紡織品，可以感知和測量身體運動——從肌肉彎曲到靜脈搏動。新裝置具有自供電、彈性強、耐用、防水的特點，可以用縫紉機縫制，價格僅為幾美元，未來或有助臨床醫生評估肌肉損傷并幫助患者康復。相關研究近日發表于《物質》期刊。

這種智能紡織品具有類似布的質地，由一個納米磁鐵填充的橡膠塊制成，約有兩張郵票大小。研究人員使用一臺縫紉機，將鍍銀的導電紗線盤繞縫在貼片上。施加機械力，比如手指輕拍，就可以改變橡膠內部的磁場模式，從而在紗線中產生電流。力改變磁場和磁通量變化產生電，這兩種現象被稱為磁彈性效應和電磁感應。

“我們的設備對生物力學壓力非常敏感?！标惪≌f，“該設備能將肌肉活動轉化為可量化的高保真電信號，并無線發送到手機應用程序，具有用于個性化物理療法和改善肌肉損傷康復的潛力?！?/span>

該設備不僅靈敏，而且精確，能詳細反映每個肌肉群的運動。研究人員將該設備安裝在不同的身體部位，可以清楚地測量喝水時喉嚨的運動，走路時腳踝的運動，甚至可以在手腕上監測一個人的脈搏。當將該設備固定在一個人的二頭肌上時，它可以顯示出人們是否在彎曲手臂或握緊拳頭，以及彎曲的程度和力度?；谶@些類型的信息，臨床醫生可以找到合適的閾值，鼓勵適度活動，并防止過度運動，為病人量身定制恢復練習目標。

陳俊團隊還對該設備的功能進行了測試。為了模擬現實情況，比如過度出汗和大雨，研究小組用水霧打濕了設備，并測試了其信號輸出。結果顯示，信號仍然很強。除了防水之外，該設備還具有彈性和耐用性，可以延長3.5倍，承受10萬次的變形循環。此外，該設備易于制造且具有高度可擴展性，每個貼片的成本估計不到3美元。

“該設備的另一個亮點是它的自供電特性?！标惪≌f，“將生物力轉化為電力意味著該設備也是一個發電機。這就消除了可穿戴電子設備中通常需要的笨重和堅硬的電池組?！?/span>

接下來，該團隊希望使該智能紡織品更薄、更輕，以優化佩戴者的體驗。2021年，陳俊團隊在軟系統中發現了磁彈性效應。他們還計劃探索新的方法，將這些發現融入其他可穿戴或可植入生物電子產品中。

“我們已經測試了該設備用于心血管監測和呼吸監測?！标惪≌f，“有一天，我們可能會改良心電圖機等設備，使它們體積更小，更可穿戴?！?/span>

新紡織品可感知肌肉運動 圖片來自：陳俊等