形變纖維能夠製造變形布料
簡介
來自麻省理工學院（MIT）和東北大學的研究人員開發了一種液晶彈性體纖維，它可以對熱刺激做出形變反應。這種纖維完全相容現有的紡織製造機械，可以用來製造變形布料，例如一件在溫度降低時變得更保暖的夾克。這種纖維可以與導電線結合，當電流透過時導電線可以作為發熱元件。這樣，使用者可以透過電流來控制紡織品的形狀，例如根據心率感測器的資料來改變布料的形狀。
現有形變材料的約束
當前的形變纖維存在一些約束，這些約束主要約束了它們在實際應用中的使用。比如，一種稱為形變合金的纖維只能收縮約 5％，不能自行恢復形狀，且在幾次形變後往往停止工作。另一種稱為麥舒邦致動器的纖維是透過氣動驅動的，需要一個壓縮機來啟用。與這些纖維相比，研究人員希望找到一種可以靜默啟用並能顯著改變形狀的纖維，同時這種纖維還要能夠與紡織製造工藝相容。
液晶彈性體（LCE）纖維的製造
研究人員使用一種稱為液晶彈性體（LCE）的材料來實現這一目標。液晶是可以像液體一樣流動的分子，但當它們被允許安定下來時，它們會堆疊成規則的晶體結構。研究人員將這些晶體結構引入彈性體網路中，彈性體就像一條橡皮筋一樣有彈性。當 LCE 材料加熱時，晶體分子失去對齊，將彈性體網路拉緊，使纖維收縮。當去除熱源時，分子重新回到原來的對齊狀態，纖維恢復到原來的長度。
透過精心混合化學物質來合成 LCE，研究人員可以控制纖維的最終效能，例如其厚度或形變的溫度。研究人員還發現，使用其他 LCE 纖維無法實現這一點。他們運用 3D 列印和鐳射切割部件以及基本電子元件製作了一個機器，來克服製造挑戰。初步的製造過程需要將黏稠的 LCE 樹脂加熱，然後透過像膠槍一樣的噴嘴緩慢擠壓出來。隨著樹脂的流出，使用紫外線燈仔細固化纖維兩側的樹脂。然後，纖維被浸泡在油中，使其具有光滑的表面，然後再次使用全功率紫外線燈固化，形成堅固平滑的纖維。最後纖維被收集到頂部的卷軸中，並且沾上粉末，以便在紡織製造中易於滑入機器。從化學合成到成品卷軸，大約需要一天的時間，可以產生大約一公裏的可使用纖維。
應用
研究人員稱這種纖維為 FibeRobo。它可以在不折斷的情況下收縮高達 40％，並且在皮膚安全溫度下啟用，可以使用低成本裝置以每米 20 分的造價生產，這是商業可用的形變纖維的大約 60 倍便宜。這種纖維可以與工業縫紉和編織機械以及非工業製程（如手編織）結合，無需進行任何工藝修改。研究人員使用 FibeRobo 展示了幾個應用，包括藉助刺繡製作的適應性運動胸圍，當使用者開始運動時會變緊。他們還使用工業編織機製作了一件緊身夾克，為研究人員 Jack Forman 的狗 Professor 所用。這件緊身夾克會根據 Forman 手機發出的藍芽訊號啟用並“擁抱”狗。緊身夾克通常用於減輕狗在主人離開時可能感受到的分離焦慮。
展望
研究人員希望今後能夠調整纖維的化學組成，使其可回收或可生物降解。他們還希望簡化聚合物合成過程，使沒有化學實驗室專業知識的使用者也能夠自行製造。研究人員期待看到其他研究團隊在這些初步結果的基礎上開展的 FibeRobo 應用。他們希望 FibeRobo 能夠成為一種任何製作者都能夠在手工裁剪店買到的產品，就像一團毛線一樣，並且能夠用它來輕鬆製造形變布料。
