纳米纤维制成可制冷可取暖智能纺织品 可应用于电动汽车控制

据外媒报道，最近一项研究打造了一种具有多种功能的新型设备，其将一个双温度调节器与一个摩擦电纳米发动机集成在一起，可实现自供电人机交互功能。

人机交互（图片来源：Shutterstock.com）

该设备将一个触觉摩擦电纳米发动机（T-TENG结构）与材料进行了优化，以实现开路电压、短路电流和高效峰值功率密度。研究人员表示，该款灵活的自供电T-TENG非常适合用于人机交互和可穿戴设备。

全球变暖和能源浪费正成为全球主要问题，现代文明严重依赖太阳、风、海洋和潮汐能等可再生能源。未来，个人热管理可能会影响到公共健康和全球能源处理。

住宅和商业能源消耗占全球总电力需求的15%，由于阳光引起的温度变化，室外个人供暖/制冷非常困难。因此，对人体进行局部热控制是降低能耗至关重要。在自然界中，北极熊、蜘蛛、蛇、蜜蜂以及超黑的鸟类都会进行热调节。

此前的研究采用纳米纺织品来测试新方法，以在炎热天气中增强人体辐射消散，在寒冷天气下减少人体辐射消散。个人、社交以及娱乐活动也需要室外空间，太阳能转换、人体热度释放以及露天热消耗都会影响最终结果。不过，几乎没有研究会关注户外供暖/制冷。

在物联网（IoT）和人工智能（AI）时代，利用智能材料和设备进行能量收集和转换非常重要。HMI（人机交互界面）通过智能服装、电子皮肤等交互媒介实现人机同步交流。无侵入式纳米发电机和智能软机器人等软电气技术近年来成为了人机界面的研究热点。

HMI系统像屏幕或者移动应用程序一样，需要人类输入可读的信息。而集成式电源执行器、传感器、数据集成设备和传输设备都需要实现小型化、集成化和智能化。

HMI通过将发电设备与传感和通信设备相结合，解决了移动有限和维护成本高等障碍。其中一种纳米发电机能够探测压力，而另一种纳米发电机可以检测血压、脉搏、心率和呼吸。

此前的研究还提出用机械触发能量为电子设备供电的摩擦电纳米发电机（TENG），利用人类手指控制基于TENG的触觉传感器阵列。TENG还可用于监测生理数据和识别物体形式，还可用于电动汽车控制以及测量角度速度和位移情况。

对基于TENG的HMI系统进行研究还将对日常生产带来重大影响，例如远程医疗、温度、湿度监测和监测假肢上的压力传感器。基于TENG的HMI需要实时收集的数据、实时探测和传输数据。为了激活或命令下级电子设备，需要识别传感器观察到的电子信号（压力和电流）。合适的TENG需要经过优化的材料、设备、信号处理和分析。

研究人员发现，暴露在光下30分钟，静电可纺织出两种可穿戴复合纳米纤维，即制冷纤维（PAN/CB）和取暖纤维（PAN/CB）。当采用热电来维持电力供应，可达到高压，成功地将纳米材料与新一代开发用的能量收集装置结合在一起。此外，T-TENG第一次被用于操作国际莫尔斯电码，这在某些情况下是一种关键的通信形式。

T-TENG可与机器学习技术一起使用，成为一个自供电的发射装置，实现高探测性能。考虑到T-TENG具备灵活性、自供电灵敏性。吸湿性以及更好的挑选性能，T-TENG在未来的HMI、健身手环、软机器人等应用领域具有巨大潜力。

关键词： 智能材料 纳米纤维 人机交互