含有压电材料的线从声音中产生电信号

这种实验性的新面料可以捕捉环境中的声音，当融入衣服时，可以捕捉到身体内部的声音。这种材料可以提供一种舒适、非侵入性甚至时尚的方式来监测身体功能或帮助听力。

芬克实验室/麻省理工学院，伊丽莎白·梅克勒约翰/RISD

有一天，我们的衣服可能会窃听我们生活的音轨，捕捉我们周围和内心的噪音。

一种新的纤维充当麦克风——拾取说话、沙沙作响的树叶和啁啾的鸟儿——并将这些声学信号转化为电信号。研究人员在 3 月 16 日发表在《自然》杂志上的报告称，这种材料编织成织物后，甚至可以听到拍手声和微弱的声音，例如佩戴者的心跳声。这种织物可以提供一种舒适、非侵入性甚至时尚的方式来监测身体功能或帮助听力。

声学织物可能已经存在了数百年，但它们被用来抑制声音，新加坡南洋理工大学的材料科学家 Wei Yan 说。作为麦克风的织物是“完全不同的概念”，在麻省理工学院从事织物研究的严说。

Yan 和他的同事们受到了人类耳膜的启发。声波在鼓膜中引起振动，由耳蜗转换为电信号。 “事实证明，这个耳膜是由纤维制成的，”麻省理工学院的材料科学家Yoel Fink 说。在鼓膜的内层，胶原纤维从中心向外辐射，而其他的则形成同心环。芬克说，纵横交错的纤维在听觉方面发挥作用，看起来与人们编织的织物相似。

类似于耳膜中发生的事情，声音以纳米级振动织物。在这种新面料中，棉纤维和其他一种叫做Twaron的有点硬的材料可以有效地将传入的声音转换为振动。与这些线一起编织的是包含压电材料混合物的单纤维，当受压或弯曲时会产生电压（ SN：8/22/17 ）。含压电纤维的屈曲和弯曲会产生电信号，这些电信号可以通过微型电路板发送到读取和记录电压的设备。

研究小组报告说，织物麦克风对从安静的图书馆到拥挤的交通等一系列噪音水平都很敏感，尽管它正在继续研究需要什么信号处理来将目标声音与环境噪音分开。 Yan 说，这种声音感应面料融入服装，感觉就像普通面料一样。洗了 10 次后，它仍然可以用作麦克风。

编织成织物的特殊纤维（如图，中心）在弯曲或弯曲时会产生电信号，将整个材料变成麦克风。芬克实验室/麻省理工学院、伊丽莎白·梅克勒约翰/RISD、格雷格·赫伦

未参与这项工作的苏格兰爱丁堡乡村学院的材料科学家 Vijay Thakur 表示，压电材料在从观察身体功能到监测飞机材料完整性等应用方面具有“巨大潜力”。它们甚至被提议用于发电，但他说，许多用途受到它们产生的微小电压的限制（ SN：10/1/15 ）。在这种织物中制造纤维的方式——将压电材料的混合物夹在其他组件之间，包括柔性、有弹性的外部材料——将振动的能量集中到压电层中，从而增强它产生的信号。

作为概念验证，该团队将这种面料融入衬衫中，它可以像听诊器一样听到佩戴者的心脏。 Thakur 说，使用这种方式，织物麦克风可以听到杂音，并且有朝一日能够提供类似于超声心动图（心脏超声）的信息。他说，如果它作为一种监测和诊断工具被证明是有效的，那么有朝一日，将这种麦克风放入衣服中可能会让医生更容易追踪难以保持静止不动的幼儿的心脏状况。

该团队还预计织物麦克风可以帮助听力和交流。该团队制作的另一件衬衫背面有两条间隔开的压电纤维。根据每根纤维接收声音的时间，这件衬衫可用于检测拍手的方向。当连接到电源时，织物麦克风可以作为扬声器发出声音。

“在过去的 20 年里，我们一直在尝试引入一种新的面料思考方式，”Fink 说。除了提供美丽和温暖之外，织物还可以帮助解决技术问题。也许，芬克说，它们也可以美化技术。