想象这样的场景：你穿在身上的衣服，不仅能替你在嘈杂环境中辨别声音来源，还能记录你的每一次心跳。这样“长耳朵”的衣服听上去相当科幻，但在本周的一篇《自然》论文中，来自MIT等机构的科学家让科幻成真了。
其实，用衣服“听”声音在理论上并不奇怪。包括你正穿着的衣服在内，所有织物都能因声音而振动。但问题是，这种振动的幅度只有纳米尺度，我们该如何捕捉这些难以察觉的信号？
对这项研究的作者来说，给予他们灵感的是我们的耳朵。当声波到达人耳时，耳膜中有一个纤维层，可以将声波转化为机械振动；随后，机械振动通过听骨进入内耳，在这里耳蜗将振动转化为电信号，最终通过神经元进入大脑。
同样，这项研究要做的也是打造一款能将声波最终转化为电信号的织物。在他们的设计中，这款纤维的核心是一种压电材料：发生弯曲或机械形变时，压电材料能产生电信号，从而将声音振动转化为电信号。
具体来说，这种纤维包含了压电性的聚合物基底，以及压电材料钛酸钡陶瓷颗粒。随后，研究团队使用热拉法，在高温下将整个纤维拉长，从而赋予材料最强的压电性质。
从纤维到织布，研究团队并不需要直接将这些纤维编织成完整的布料。他们只需要将一根压电纤维编织到普通的纱线上，就可以制造出足够灵敏、能够“听”声的织物。这种织物能捕捉的最小音量为40分贝，相当于安静的图书馆环境。此外，这款材料可以机洗，并且垂悬性高、易于成型，这些特征都为打造可穿戴的装置奠定了基础。
那么，基于这种材料打造的衣服有什么作用呢？研究团队将这种压电织物编织进衬衫贴着皮肤的一层，这样当周围有人在拍手时，衬衫就能辨别出声音来源的方向。在3米外，这款织物可以探测声音来源的角度，误差在1°以内。因此，这项技术有望帮助听力受损的人在嘈杂环境中定位，从而更精准地倾听。
这种织物的另一个神奇应用是，其打造的衣服可以实时监测使用者的心跳，以及第一心音和第二心音的轻微波动。此外，这种材料还有望用于监测孕妇的胎心。
论文第一作者，现任职于新加坡南洋理工大学的Wei Yan教授表示：“穿着这件声学服装，你可以通过它来打电话并与他人交流。此外，穿着者的皮肤几乎感觉不到这种材料，因此可以长期舒适地实时监测心跳和呼吸条件。”
除了这些场景，研究人员相信，这款材料还有更广阔的应用空间。例如，植入宇航服中，用于聆听太空尘埃的位置；嵌入建筑物，探测裂缝和应力疲劳的风险。
“这项研究提供了一种全新的途径，使得织物可以聆听我们的身体及周围环境。”论文通讯作者，MIT教授Yoel Fink表示。
参考资料：
[1] Yan， W。， Noel， G。， Loke， G。 et al。 Single fibre enables acoustic fabrics via nanometre-scale vibrations。 Nature （2022）。 https：//doi.org/10.1038/s41586-022-04476-9
[2] A fabric that “hears” your heartbeat。 Retrieved Mar 17th， 2022 from https：//www.eurekalert.org/news-releases/946234
本文转自药明康德内容
相关文章
