新型智能織物：無需電子器件，讓數據存儲到衣服中！

導讀

最近，美國華盛頓大學開發出一種新型智能織物，它可以製成智能衣服，存儲不可見的密碼，用於打開公寓或者辦公室的大門；或者縫到手套的指尖部位，用於智能手機的手勢控制。

關鍵字

智能織物、可穿戴技術、柔性、物聯網

背景

智能織物是一個新興的前沿科技，它的出現代表著電子技術、製造技術、感測器技術、物聯網技術與傳統的紡織技術結合得更加緊密。與傳統的智能手錶和手環等可穿戴設備不同，智能織物更輕量、更柔性、更適合人體、更多用途。

讓我們回顧一下筆者以前介紹的智能織物方面的兩個創新案例：

• 美國馬薩諸塞大學安姆斯特分校的科研人員開發出一種透氣、柔韌、不含金屬的電極。它可以通過人體運動產生電能，讓衣服閃閃發光。

（圖片來源：馬薩諸塞大學安姆斯特分校）

• 美國俄亥俄州立大學的研究人員在智能衣物方面，取得了重大突破。他們能夠以0.1毫米的精度，將電路綉進布料中。這樣的高精度，讓感測器，內存等電子設備集成到衣物中成為可能。

（圖片來源：俄亥俄州立大學）

創新

然而，如今許多智能服裝都需要板上電子器件或者感測器才能工作，如果你淋雨了，或者在將智能服裝扔進洗衣機前忘記拆下電子器件，那麼將會出現問題，它成為了可穿戴技術廣泛應用的潛在障礙。

美國華盛頓大學開發出一種新型智能織物正好可以解決以上問題。這種智能織物可製成夾克衫，存儲不可見的密碼，用於打開公寓或者辦公室的大門。

（圖片來源：Dennis Wise/華盛頓大學）

華盛頓大學的計算機科學家製造出了這種智能織物和時尚配飾，可用於存儲數據（從安全密碼到識別標籤），且無需任何板上的電子器件或感測器。

正如一篇於10月25日發表於美國計算機協會的用戶界面軟體與技術研討會 （UIST 2017）的論文中所描述的，導電線的磁特性之前從未被研究人員考慮過，他們正是利用了這種現成導電線的磁特性。數據通過現有智能手機中導航應用所需的儀器（磁力儀）來讀取。

（圖片來源：華盛頓大學）

這項研究由美國國家科學基金會、艾爾弗·斯隆基金會、谷歌贊助。

技術

如今，大多數人將導電線（可以攜帶電流的刺繡用線）與其他類型的電子器件結合，設計出服裝、毛絨玩具、可以點亮或者用於通信的配飾。

但是，華盛頓大學的研究人員意識到現成的導電線也具有磁性，它可以被操控用於存儲數字化數據、可視化信息例如字母或數字。這種數據可以通過磁力儀（一種低成本的儀器用於測量磁場的強度和方向，能夠嵌入到大多數的智能手機中）讀取。

Gollakota 表示：

「我們正在使用智能手機中已經有的某些東西，功耗幾乎為零，所以讀取這種數據的成本是微不足道的。」

在一個案例中，他們將電子門鎖的密碼存儲到一塊導電織物補丁中，並縫到襯衫袖口上。在磁力儀陣列前揮一揮衣袖，他們就可以解開門鎖。

華盛頓大學的研究人員也創造出一些時尚配飾，例如：領帶、皮帶、項鏈、手環，用智能手機刷過它們就可以解碼數據。

（圖片來源：華盛頓大學）

他們使用傳統的縫紉機將現成的導電線綉到織物中，它們的磁極以隨機的順序排列。通過將磁鐵對著織物摩擦，研究人員能在物理上，以正方向或負方向對齊這些磁極，從而對應數字化的數據0或者1。

（圖片來源：華盛頓大學）

（圖片來源：華盛頓大學）

（圖片來源：華盛頓大學）

如同酒店的鑰匙卡，磁信號的強度在一周內會減弱30%，雖然織物能夠被重新磁化和重新編程許多次。在其他壓力測試中，織物補丁即使在機洗、烘乾、以及320華氏度的溫度條件下熨燙後，仍然可以保持住它的數據。

團隊也展示了這種磁化織物可用於和某人口袋中的智能手機交互。研究人員開發出一種將導電織物縫到指尖的手套，它可以用於智能手機的手勢控制。每個手勢產生出不同磁場信號，這些信號可以調用特定的動作例如暫停或者播放音樂。

（圖片來源：華盛頓大學）

（圖片來源：華盛頓大學）

Allen 學院的博士生、論文的領導作者 Justin Chan 表示：

「通過這個系統，我們能夠簡單地與智能設備進行交互，無需頻繁地將它取出口袋。」

在團隊的測試中，手機能夠識別六種手勢：左輕拂、右輕拂、上滑動、下滑動、點擊、後點擊，精度可達90%。

價值

Paul G. Allen計算機科學與工程學院的副教授、論文的高級作者 Shyam Gollakota 表示：

「這是一種完全無需電子器件的設計，這意味著你可以熨燙智能織物，或者將它放進洗衣機或者烘乾機。你可以將織物看作一種硬碟，實際上你正在自己所穿的衣服上做數據存儲。」

未來

未來的工作將集中在開發客制化的紡織品，產生出更強的磁場，且能夠存儲更高密度的數據。

參考資料

【1】http://www.washington.edu/news/2017/10/31/how-to-store-information-in-your-clothes-invisibly-without-electronics/

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