一件看似普通面料的衣服，当手指在衣物表面任意滑过，它的“显示区域”就留下了“光的指印”，一个又一个像素点；而织造这件服装的那一根根纤维，摸起来与纺线并无二异，当像蜻蜓点水一样接触到水，却被瞬间点亮。

图为无线游戏操控演示。

解放日报·上观新闻记者在位于东华大学的纤维材料改性国家重点实验室体验发现，神奇的是，不论纤维还是衣服，它们都不需外接电池，也不需内嵌芯片，颠覆了可穿戴设备的经典架构，真正成为人体的第二皮肤，开创人机接口的未来。

图为《科学》页面。

北京时间4月5日凌晨，这项中国科研人员的智能纤维原创成果登上国际学术顶刊《科学》。当期《Science》杂志还为此专门配发美国科学家的评述文章，认为这有望改变人与环境以及人与人之间的交互方式，对功能性纤维的开发以及智能纺织品在不同领域的应用具有重要的启发意义。

图为课题组组会。

从智能手表到智能眼镜等，智能可穿戴设备逐渐成为生活的一部分，脑机接口甚至成为身体的一部分，在健康监测、远程医疗和人机交互等领域发挥着越来越重要的作用。然而，可穿戴上身的“设备”舒适性、复用性、安全性等问题仍然存在。相较于传统刚性的半导体元件或柔性薄膜器件等，由智能纤维编织而成的电子纺织品具有更好的透气性和柔软度，被视为理想的可穿戴设备载体。

各色智能纤维“纱锭”。徐瑞哲 摄

目前，智能纤维开发多基于“冯·诺依曼架构”，即以硅基芯片作为信息处理核心，开发各种电子纤维的功能模块，如信号采集的传感纤维、信号传输的导电纤维、信息显示的发光纤维、能量供应的发电纤维等。尽管这些功能单元可经过组合制成织物形态，但这种复杂的多模块集成技术还面临一系列挑战——现阶段的智能纺织品必须依赖芯片和电池，体积、重量和刚性大，难以同时满足人们对纺织品的穿戴需求。

图为“人体耦合”智能纤维的工作机制及其与传统电子织物的对比。

来自东华大学材料科学与工程学院的先进功能材料课题组在《科学》上发表的论文提出了基于“人体耦合”的能量交互机制，并成功研发“非冯·诺伊曼架构”的新型智能纤维，有效地简化了固有的硬件结构，将能量采集、信息感知、信号传输等功能集成于单根纤维中，让智能纺织品不再依赖芯片和电池。

图为触控发光纤维演示。

个中奥秘何在？事实上，日常生活中的电磁场和电磁波无处不在，正如WiFi信号等，散布在环境中的这些电磁能量就是新型纤维的无线驱动力。而这些能量又通过可作为“导体”的人体“传递”到纤维上，也就是说，原本在大气中耗散的电磁能量优先进入纤维、人体、大地组成的回路，促成了“人体耦合”的能量交互新机制。

图为人体耦合电磁能量收集示意图。

从微观上看，“这款新型纤维具有三层鞘芯结构，所采用的都是市面上比较常见的原材料。”论文第一作者、东华材料科学与工程学院博士研究生杨伟峰告诉记者，可以利用现成的成熟材料“自组装”智能纤维：最核心的芯层是镀银尼龙纤维，构成了感应交变电磁场的纤维天线；而中间层是提高电磁能量耦合容量的介电层，外层则是对电场敏感的发光层——这两层分别为钛酸钡和硫化锌的无机复合树脂。他表示，“原材料成本低，纤维和织物的加工都能用成熟的工艺实现，已具备量产能力。”

这样的智能纤维及其织物，应用场景充满想象空间，从触控发光的遥控器到织物显示的触摸屏，甚至无线指令传输的游戏机。论文通讯作者之一、侯成义研究员表示，“这种新型纤维运用到服装服饰、布艺装饰等日用纺织品中,当它们与人体接触时，通过发光进行可视化的传感、交互甚至高亮照明，同时它们还能对人体不同姿态动作产生独特的无线信号，进而对智能家电等电子产品进行无线遥控。”

图为对智慧生活场景的展望。

来自纤维材料改性国重实验室的课题组组长王宏志教授表示，最近十多年来，团队相继研发出可连续制备的传感纤维、发光纤维、调温纤维等，一系列成果为深化智能纤维领域研究打下基础。“下一阶段工作，我们将深入研究如何让这种新型纤维更有效地从空间中收集能量，并以此驱动更多功能，包括显示、变形、运算、人工智能等，相信在不久的未来，智能服装能做更多的事，人也会变得更加强大，对于环境也会有更好适应性。”

图为先进功能材料课题组部分师生。

同期，《科学》还邀请美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、麻省理工学院的专家对这项成果进行评述报道。他们认为，在基础研究方面，因为该智能纤维和纺织品能够在不干扰人们日常活动的情况下“不知不觉地”大规模采集身体触觉数据，因此能够更高效和便捷地收集人体与外界交互过程中的物理信息，这将有望影响人体物理交互研究基础模型的发展。

智能纤维入水即被点亮。徐瑞哲 摄

【记者手记】交叉点产生新质生产力

走进东华大学材料科学与工程学院，各色“纱锭”让人眼熟。而这些存世千年的传统纺织器具上，却缠绕着当今最创新的智能纤维。这项融合无线能量采集、信息感知传输等于一根线的新发明，不需要接入芯片和电池便可实现发光显示、指尖触控等人机交互功能，已具备编织成衣的新质生产力特征。

智能纤维绣成的校名衫。徐瑞哲 摄

值得注意的是，《科学》杂志发表这一中国自主研发成果，还邀请包括人工智能领域在内的美国科学家配文评述。可见，这一突破性工作提供了人机接口的新界面，为人与环境的智能交互开创了可能性，具有广泛应用前景。而这条新路，正是传统产业与新兴技术有机组合形成的，而且具备快速投入量产的成果转化能力，在科学和行业的交叉点上产生了新质生产力。

智能纤维接触金属镊子也有“光电效应”。徐瑞哲 摄

对于不到30岁的博士生杨伟峰，论文通讯作者、其博导张青红研究员也说，学科交叉融合是当前科研创新的新趋势，这项研究涉及材料、信息、纺织等多个学科专业，“在学生培养过程中我们尤其鼓励引导学生开展多学科交叉融合创新研究，这样才能产出更多具有突破性的成果。”在科技、教育、人才“三位一体”背景下，这种两者甚至三者的交叉赋能值得各行借鉴。