来源：DeepTech深科技
纤维, 既是现代生活中一种重要的材料，又是大自然中一种基本的组成单元。纤维的例子数不胜数，从日常衣物、口罩、到飞机卫星中的碳纤维、以及传输信号的光纤，再从植物的花草根叶、动物的肌动蛋白、到神经细胞触突以及大脑内部的神经网络……
纵观历史，纤维为过往几百年的人类进程提供了鲜明的注脚。第一次工业革命发端于棉纺织业，电气时代靠电缆传输工业源动力，碳纤维为卫星和飞机减轻重量，光纤为互联网提供信息高速公路。
在信息与数据爆发的未来，我们不禁要幻想，适应未来发展的纤维会是怎样的？
信息化是纤维发展的未来趋势，纤维可以最大程度地承载处理信息的功能，可以传输、感知、反馈、显示海量的信息。在传统概念中，纤维在长度方向上的组成与性质是均一的，其信息也是单调均一的。
实现纤维的高密度信息化，就需要打破这一传统概念，实现长度方向上的非均匀超结构，从而达到最大密度的编码信息化。
而如何简单有效地制备具有轴向超结构的纤维，是迈向信息化纤维发展面临的第一个问题。
日前，浙江大学高分子系许震研究员和团队提出一种“序列微流控纺丝”方法，将微流控技术有机结合到传统的湿法纺丝，实现了纤维轴向异质超结构的设计，完成了在单根纤维水平上多材料、多功能、多形态的序列结构信息化设计，形成了包含力学、电学、热学、磁学、光学序列结构的新型超纤维种类。
图 | 许震（来源：许震）这项工作打通了采用传统湿法纺丝制备复杂编码超结构纤维的通路，为信息化纤维的制备提供了高通量方法，同时也拓展了纤维的新种类，初步描绘了单根纤维高密度编码信息化的基本模型和思路。
审稿人评价称：“该工作开发了一种引人入胜的超结构纤维制备方法。可以简易地实现大量的制备，同时也能有效地控制超结构纤维长度方向的组成和功能，展示了下一代纤维基电子器件的巨大空间。”
整体来看，纤维的超结构为纤维器件的设计开拓了巨大的想象空间。超结构纤维能实现可力学编程的织物，同时打破了传统纤维的轴向均一结构，让在单纤维水平进行像素化力学性能和形变设计成为可能，为传统编织结构控制拓展了新的设计空间。
比如，通过纤维轴向超结构的设计，可以让织物实现丰富且复杂的变形结构设计，未来能被用于机器人可编程骨骼、皮肤以及医用可编程变形器件。
同时也可用于轴向超结构，从而实现单纤维水平的高密度电子集成。通过像素化材料与功能的选择与组合，可以在单根纤维上集成基本的供能、传感、计算、反馈、执行等单元，达到一根纤维就是一个智能复合体的目标。
可以想象，由亿万根这样的纤维编织而成的服装，可以成为个体生命活动的物理外挂，与虚拟世界紧密互联。而纤维的高密度电子化集成，也可以打造能被长期植入的电子毛发。除了以无损的方式监测日常的生理信号，所植入的每一根毛发还将成为脑机的数据接口。
（来源：Matter）《人类简史》一书指出，人类进化的根本动力来自想象力。该课题组表示：“在提出课题以及设计发展计划时，我们深刻感受到想象力的重要性。当第一根像素化彩色纤维制备出来后，我们只是隐隐感受到了巨大的设计空间，现实却是毫无头绪。”
于是，课题组开始观看科幻电影、书籍、以及开展各种讨论。慢慢地，纤维的样子与场景也渐渐清晰起来，也就有了论文中的力、电、热、光超结构纤维、以及如同科幻一样的纤维织物物理外挂和电子毛发的应用。
也是从这项工作开始，课题组的日常讨论便新增了一个附加问题：当想象力成为一种科研工作必备的能力时，我们需要做什么？通过思考这一问题，真正做到为科研插上更多想象的翅膀。
整体来看，对于纤维材料设计来说，本次超结构纤维展现了广阔的想象空间。近期，该团队主要集中于研究力学和电学超结构纤维，目前已初步研究了力学超纤维的应变局域放大效应和阻滞效应。
并基于此设计出一系列纤维电子器件，比如高灵敏线性应变传感、发光显示纤维、仿生电鳗纤维电容器件等。进一步地，他们还将开展单根纤维基本功能单元的设计与集成。
参考资料：
1.Ma, J., Liu, Y., Gao, C., & Xu, Z. (2023). Sequence Spinning Axially Encoded Metafibers.
排版：朵克斯
力学浙江大学 
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