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把電路系統“紡”進纖維裡

編織機器人電子皮膚成為可能

2026年10月08日08:12 | 來源:光明日報
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本報上海10月7日電(記者顏維琦)你知道嗎,復雜的電路系統也可以“紡”進柔軟的纖維裡,編織機器人電子皮膚成為可能。記者從東華大學獲悉,東華大學教授朱美芳、研究員王剛等通過微流控編碼紡絲,將電子器件及其連接關系融入連續纖維的內部結構,實現纖維成形與電路構筑同步進行,讓纖維本身成為電路。這一研究進展為具身智能應用提供了更多可能。相關成果於日前發表。

具身智能的發展,需要電子系統適應機器人的復雜形態與運動變化。柔軟、可彎曲的纖維為電子功能融入這些結構提供了新的載體。然而,從單個纖維器件走向功能電路,必須同時解決材料排布、器件結構和電連接問題。如何在纖維成形過程中將這些環節協同起來,是纖維電子走向系統集成的關鍵。

圍繞這一挑戰,團隊成員通過精密流體設計,將電路布局轉化為紡絲程序。在纖維橫截面上,調控導電、絕緣、發光或半導體材料的流體性質,形成穩定的不同功能層﹔沿纖維長度方向,通過調節各路紡絲液的輸入,使功能層按設計連續或間斷,形成器件之間的電連接。這一過程以流體編碼電路,將設計好的材料組合與流體輸入程序“寫入”纖維內部的器件結構與連接關系。

基於這一創新紡絲平台,團隊構筑了彩色電致發光、模擬信號處理、數字邏輯運算和非接觸空間感知等模塊,並進一步將晶體管、電阻、電容等不同類型器件按設計互連,在單根纖維內實現可調濾波電路、反相器等電路功能。研究由此從多類功能模塊的分別構筑,推進到不同器件在纖維內協同工作的電路集成,展示了按功能需求設計和制造纖維電路的能力。這為纖維電子進一步組合感知、處理等功能提供了可拓展的電路基礎。

在應用驗証中,研究人員將用此方法制備的空間感知纖維布置在機械臂的夾爪內側,目標接近或移動引起電場耦合變化,可以據此計算目標位置並驅動機械臂,實現目標的自動跟蹤。另一組實驗中,團隊利用纖維組成的柔性交互界面及配套系統,實現了手指對機械臂和無人機的非接觸控制。

“這項工作的意義不只是分別做出幾類功能纖維,而是建立了一套貫通功能材料空間組織、纖維器件構筑與電路互連的設計制造方法。”在朱美芳看來,在保留纖維柔順性、可縫合性和可織造性的同時,微流控編碼紡絲為不同電子功能提供了可組合的基礎模塊。這為可穿戴計算、柔性人機交互、軟體機器人和具身智能系統提供了新的技術路徑。

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(責編:邢鄭、孫娜)

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