衣食为先,衣着对于人类的重要性不言而喻。一衣在身,尽显神秘科技。当今智能化带动了智能服饰的发展,为传统纺织工业注入一股新的活力和生命力。然而,绿色智能纺织服饰的发展仍面临多个技术瓶颈,成为业内科技工作者亟待破解的难题。
“让更多人更健康、更安全、更活跃、更强大。”她立足技术壁垒,践行科技使命,以多功能面料高科技赋能智能可穿戴设备,服务人类健康,助力“碳中和”,彰显了巾帼作为。
她就是香港理工大学智能可穿戴系统研究院院长陶肖明。
陶肖明院长在研究室
智能科技为传统纺织工业注入新动能
“我是学习纺织工程专业的,并与纺织结下了不解之缘。”陶肖明谈及到我国纺织工业发展和亲身经历,颇有感触。“我们都知道,传统纺织工业的发展需要转变和突破,而‘智能纺织服饰’恰恰能引入人工智能等高科技元素、提高产品的附加值、为传统纺织工业注入新的活力和生命力。中国对智能纺织服饰的研究和开发还处在起步阶段,要在研究开发上占有一席之地,必须要依靠科技的力量。”
为振兴传统纺织行业,陶肖明胸怀“国之大者”,以高度责任感挑起了科技振兴的重任,她将绿色智能纺织服饰作为科技突破口,开展了三十年深入的研究攻关,并取得重大成果突破。
“何为绿色智能纺织服饰?”时至今日,身为欧洲自然科学院外籍院士、国际纺织学会会士、美国机械工程学会会士、国际先进材料学会会士的陶肖明有着一番独到的见解。她对此解读道:“智能服饰,也称为可穿戴科技服装饰是具有传感、驱动、计算、记忆、学习、通讯等多种功能的服装、鞋、帽、包、巾和其他饰物。绿色智能纺织服饰因其与先进材料、微电子、微机电、信息、人工智能等技术的融合,不仅具有时尚、文化、灵活、量轻、通讯舒适等传统优点,而且已成为智能可穿戴应用中不可或缺的一部分,是未来社会人、机、环境交互的理想平台。它们的大力发展和成功的商业应用,将对新时期人类的生活方式、主动健康、安保国防、远程医疗、智慧城市、增强现实、人工智能、文化娱乐等等领域产生深远的影响。”
“智能纺织服饰具有优异的其它技术不具备的独特性,如大面积、三维变形能力、高抗疲劳性、可视性、可调节的流体渗透性、扩展性、轻量化以及其成熟完善的制造设备和工艺等,已成为智能可穿戴系统的重要组成部分。除了传统服装纺织品所提供的蔽体、个人形象、舒适和便利之外,它们有望提供微电子、光子、声学、磁学、流体驱动等额外的崭新的智能功能。”陶肖明对智能纺织服饰的技术前景非常看好。
“目前已研发的硬件纤维基智能元件中有多感传感器、织物电路、显示器、扬声器、开关、电源、电动、磁动、气动执行器等。系统包括纤维基智能元件与微电子计算、存储元件,通讯组件以及流体逻辑控制器等通过异构集成制备的可穿戴系统。软件方面有传统建模计算、边缘计算和机器学习等,它们已被开发成功应用在多个智能服饰可穿戴系统中。”陶肖明边总结科研成果边耐心地向我们科普道。
实践出真知。陶肖明怀揣着“使人类更健康、更安全、更便利、更强大”的远大理念,在智能纺织领域对智能可穿戴系统产品进行深入研发,使得多项智能纺织技术与创新产品成功落地、回馈社会,为促进智能纺织服饰的发展做出了突出贡献。
由于卓著贡献,陶肖明获得诸多奖项和荣誉:2009年度中国纺织工业协会科学技术一等奖、2013年美国纤维学会奠基者奖、2016年中国发明协会“发明创业奖・人物奖”“当代发明家”荣誉、2021年中国工程院光华工程科技奖等。
陶肖明发表400多篇学术期刊文章,h-Index84.获授权发明专利40多项,其中14项已被工业界应用。其团队先后成立了9家科技公司。
陶肖明还担任斯普林格“智能纺织品手册”总编辑,在相关领域10多个主要学术期刊编辑委员会任职。曾担任2007-2010年国际纺织学会世界会长。
智能可穿戴系统研究院同事合影
创新突破为智能织服饰研发新科技
科技创新绝非易事,困难与挫折是科技创新、科技研发道路上的常客。陶肖明面对着一系列的技术瓶颈和挑战,迎难而上。
“智能系统由传感器、驱动器、控制和通信模块、电路板和电源等组成。持续可靠的电力供应是目前可穿戴系统发展的瓶颈问题之一。”陶肖明和团队针对技术难点,对多种能量转化原理及器件做了研究探索,并成功研发出了一种可穿戴离子凝胶湿气发电机。“湿气发电机对于实现碳中和目标及促进社会绿色能源的可持续发展,寻找和开发简单高效的绿色能源转换技术具有重大意义。使用的绿色材料无毒性可生物降解,避免了废弃物对环境的污染。比其他驱动方式,它利用大气环境湿气中的能量直接产生电能,不会衍生污染物及排放有害气体。通过实践表明,这种凝胶型的湿气发电机制备工艺简单,价格便宜,可实现柔性集成,在物联网和自供电的可穿戴电子系统等领域具有普及的应用前景。”对于科技新突破,陶肖明格外兴奋。
科学研究就是要解决一个又一个问题。“目前单一发电机满足不了可穿戴系统的实际应用要求。例如压电和摩擦电可穿戴发电机只能输出间歇性的电信号和低电流。连续输出的热电发电机受限于环境温度和人体温度差的变化。太阳能电池在室内输出功率很有限、无光照时没有输出。所以,在实现大规模集成和应用上仍是研究的瓶颈。”陶肖明和团队乘胜追击,继续研发高效、灵活及全天候适用的混合型发电机。
风雨兼程终到达,辛劳取得成就花。“微电子互动织物系统、织物智能交互系统、智能运动恢复穿戴系统、肢体肌肉运动监测系统、帕金森辅助智能穿戴系统、定制化医用压力袜及其评估压力的智能仿生变形腿模型、安全环保型抗菌材料、发光纱线、全彩面料、可编程织物显示器。”历数着一项项科研成果,陶肖明难掩自豪。
名副其实,领略着陶肖明的创新理论方法和成果,无一不让我们为之翘首称赞:
研发微电子互动织物系统,可使纺织与微电子两大产业优势互补,实现高性能、高可靠性、低成本、可量产化等目标;
研发的织物智能交互系统实现了对视觉、听觉、触觉等感知方式和织物结构的无缝集成,可用于健康和医疗领域、智能家居、交互娱乐等用途。
针对帕金森病(PD)的患者,研发了颐步TM康复行走系统,能实时准确检测异常步态,提供及时的视觉或听觉提示,增强PD患者的活动能力和自信心,改善PD患者的生活质量。
陶肖明院长与学生们合影
对于慢性静脉功能不全疾病,采用当今首选的医用压力袜非介入治疗方案,研发的数字化设计、自动化生产的个人定制医用压力袜已用于临床研究,并取得满意的治疗效果,提高了病人使用的依从性,较好地解决了现有压力袜的问题;定制化医用压力袜及其评估压力的智能仿生变形腿模型基于三维人体扫描数据中提取的关键参数,应用自主设计的CAD/CIM技术,可使患者穿着更舒适,提高患者对穿着医用压力袜的依从性。
研发的智能运动恢复穿戴系统是便携、智能、个性化的可穿戴系统,可以在10秒内实现5℃-40℃的温度范围内切换,且温度分布均匀,同时施加压力。该系统可使运动员在比赛间隙中快速恢复,提高运动成绩。
研发的肢体肌肉运动监测系统可以实时、连续地测量关节角度和骨骼肌厚度变化,再配合以建立的生物力学模型,可以估测运动员的骨骼肌在运动中的收缩力,应用于康复和运动训练领域。
此外,陶肖明针对纺织结构与电路板组件性能的巨大差异,努力建立新型工程设计理论和方法;同时利用、改造成熟工业技术,建立了可靠、低成本、灵活的加工技术。
科研永不止步,创新砥砺前行。陶肖明带领团队将运用科技力量,不断创新突破,揭开智能纺织的神秘面纱,为促进绿色智能纺织服饰的发展做出更大贡献。（王强)
来源：网易新闻