Nature：MIT团队造全新声感织物，这件“毛衣”可以听到你的心跳

本文约2000字。建议阅读5分钟的织物材料，不仅能像麦克风一样听到声音，还能像扬声器一样发出声音。

近日，麻省理工学院（MIT）工程师和 Rhode Island 设计学院合作开发了一种全新的声感织物，不仅能像麦克风一样听到声音，还能像扬声器一样发出声音。

从安静的图书馆到繁忙的交通噪音，这种声感织物可以捕捉到这些分贝范围内的声音，并确定拍手等声音的准确方向。当这种材料编织在衬衫衬里时，也可以检测到穿着者微妙的心跳特征。

在最新一期的《自然》杂志上详细介绍了该结果。

麻省理工学院博士后Wei Yan（现任新加坡南洋理工大学助理教授）表示，研究结果为倾听我们的身体和周围环境提供了一种新的方式，并将产生许多难以想象的应用程序。

穿着声感服装，你可以接电话，和别人交流。此外，这种织物还可以接触人体皮肤，使佩戴者能够以舒适、连续、实时、长期的方式监测心脏和呼吸。Fink 说。

受人耳启发的声感材料

传统织物常用于抑制或阻挡声音。例如，音乐厅的隔音层和我们生活中的地毯。MIT 的研究团队多年来一直致力于重塑织物的传统角色。它们专注于扩展材料的特性，如使织物更具功能性。

人耳的听声原理在寻找声音感应织物时，给了研究人员很大的灵感。

声音实际上是一种在空气中传播的压力波。当这些声波到达我们的耳朵时，极其敏感和复杂的三维器官鼓膜将压力波转化为机械振动，然后通过听小骨头进入内耳，耳蜗将这些振动波转大脑可以感知和处理的电信号。

虽然有些声音很小，我们通常感觉不到，但它们会引起相应的振动，但有时它们是纳米级的。为了捕捉这些难以察觉的振动信号，受人类听觉系统的启发，该团队试图创造一种柔软、耐用、舒适的织物耳朵来检测声音。

为了实现这一目标，他们发现这种织物必须添加硬或高模量纤维，才能有效地将声波转化为振动；其次，在此过程中，必须设计一种特殊的纤维，可以弯曲织物并产生电输出。

考虑到这些前提，该团队开发了一种由压电层和响应声波振动的增强材料组成的分层材料块。预制材料块大约有标记笔，然后像软糖一样被加热并拉成40米长的细纤维。

实际上，这种纤维是由一种“压电（piezoelectric）材料设计在弯曲或机械变形时产生电信号，为织物提供一种将声振转换为电信号的方法。当这种柔性纤维编织成织物时，它也可以像海洋中的海藻一样随意弯曲。

不仅能听，还能说话

为了测试声纤维的敏感性，研究人员将声纤维连接到悬浮聚酯薄膜上，然后用激光测量薄片的振动，然后测量纤维的振动，以响应附近扬声器播放的声音。

虽然声音分贝在安静的图书馆和繁忙的道路交通之间有所不同，但声纤维可以相应地振动，产生与播放声音成比例的电流。

研究论文作者之一：这说明薄膜上声感纤维的性能可与手持式麦克风媲美。MIT 化工系 Grace Noel 说。

接下来，研究小组将特殊的声纤维与传统的纱线编织在一起，生产悬挂和机洗织物。研究人员说，合成织物感觉像一件轻夹克，比牛仔布轻，但比正式衬衫重。

随后，研究人员将一块面料缝在衬衫的里面，通过在与衬衫不同角度站立时拍手，来测试织物对定向声音感知的敏感性。结果表明，这种织物能够在 3 米外的距离内，检测到 1 度以内的声音角度。

研究人员认为，这种能定向感知声音的传感织物可以帮助听力受损的人在嘈杂的环境中听到外部声音。

此外，研究小组还将纤维缝合在衬衫的衬里上方，发现声学材料可以准确检测健康志愿者的心跳和心跳特征的细微变化。

除了监测心跳外，研究人员还认为将声感织物融入孕妇服装也有助于监测胎儿心跳。

更有意思的是，研究人员提出新的设想，如果将声感纤维的功能颠倒过来，不再用作声音检测器，而是用作扬声器，效果会怎样呢？

为此，研究人员首先记录了一串口语，并以施加电压的形式将记录送到声纤维，发现声纤维可以将电信号转换为可听的振动，然后使用另一个声纤维作为耳朵，成功检测到声纤维的声振动。

除了可以穿助听器、语音交流服装和可以跟踪生命体征的服装外，团队还看到了更多的应用可能性。

它可以与航天器服装集成，监测太空灰尘，或嵌入建筑物，检测裂缝或应变，Yan 建议。它甚至可以编织成一个智能网络来监测海洋中的鱼类。因此，声纤维正在开启一个巨大的机会。

参考资料：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04476-9
https://news.mit.edu/2022/fabric-acoustic-microphone-0316