隨著科技的飛速發(fā)展，人們對于可穿戴技術的關注日益增加。這種技術不僅僅是簡單的電子設備，更是一種與人類互動的媒介，將智能化融入到日常生活中。然而，傳統(tǒng)的可穿戴技術往往依賴于剛性的集成電路芯片，這限制了它們在軟纖維和紡織品中的應用，同時也制約了其在穿著舒適性和靈活性方面的發(fā)展。因此，科學家開始關注紡織電子這一新興領域。紡織電子將電子功能與纖維材料相結合，為智能紡織品的發(fā)展提供了新的可能性。

在圖1中，研究人員首先比較了傳統(tǒng)的基于芯片的電子紡織系統(tǒng)與他們提出的基于人體耦合的無芯片、無線交互式紡織系統(tǒng)的差異。傳統(tǒng)系統(tǒng)通常集成了處理器芯片、電路元件、傳感器和射頻天線等組件，但由于剛性電子元件和有機基板的限制，存在著舒適性、集成性和耐久性等方面的問題。而他們提出的交互式纖維系統(tǒng)則消除了芯片和電池組件的限制，可以無縫集成到現(xiàn)代紡織業(yè)中。接著，他們詳細介紹了交互式纖維的結構和原理，包括無線接收器和無線發(fā)射器，以及纖維的功能層。通過與人體接觸，纖維可以利用人體作為電磁能量的載體，實現(xiàn)觸覺傳感和光發(fā)射的功能 。

在圖2中，研究人員探討了人體耦合環(huán)境電磁能量收集的機制。他們首先介紹了纖維與人體之間的能量傳輸路徑，即通過纖維電子學、人體和地面形成閉合的能量回路。然后，他們詳細描述了纖維的等效電路模型，并通過實驗結果驗證了人體耦合電磁能量收集的有效性。實驗結果顯示，通過人體耦合收集的電磁能量明顯高于空氣耦合，且隨著距離的增加而減少。此外，他們還研究了纖維在不同環(huán)境介質中的電磁能量收集效果，結果表明在超純水中，纖維表現(xiàn)出了卓越的能量收集能力。最后，通過COMSOL模擬進一步驗證了實驗結果，證明了人體耦合對纖維的電磁響應的影響。這一系統(tǒng)不僅消除了傳統(tǒng)電子紡織的諸多局限性，還為實現(xiàn)更加舒適、智能的穿戴體驗打下了堅實基礎 。

圖3展示了通過單個i-纖維調制和傳輸無線光學和電信號的機制和結果。作者通過研究電場強度與皮膚和i-纖維之間的距離關系，發(fā)現(xiàn)當距離減小時，電場強度增加，超過空氣擊穿的臨界值會導致局部等離子體放電，從而產(chǎn)生快速變化的電位移場。作者設計了i-纖維的等效電路模型，并說明了光學和電信號的頻率和幅度受高介電涂層厚度的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無線電信號的主頻率隨高介電涂層厚度增加而增加，而幅度則降低。對于光學信號，作者觀察到隨著電磁頻率的增加，波長發(fā)生藍移。此外，作者還測量了無線光學和電信號的衰減情況，結果顯示電信號可以有效傳輸至30米，光學信號在10米處仍可保持可見光功率密度為10 nW·cm﹣2。作者最后還證明了i-纖維可以以全向方式傳輸無線光學和電信號 。

圖4展示了連續(xù)制造、編織和川畑織物風格評估的內容。首先，作者采用了逐層涂覆制造工藝，將高介電材料和熒光粉混合在雙網(wǎng)絡樹脂中，并涂覆在導電纖維表面，以實現(xiàn)連續(xù)制造的目標。這種工藝使得纖維具有優(yōu)秀的柔軟度、細度和斷裂強度，適合用于編織和刺繡。其次，作者進行了數(shù)字刺繡和大面積編織實驗，展示了纖維的可加工性和適用性。然后，通過引入熒光染料，作者調節(jié)了纖維電子的發(fā)光顏色，豐富了纖維的應用功能。在穿著舒適性方面，作者進行了透氣性評估，并使用川畑織物風格評價系統(tǒng)對紡織品進行了定量評估，結果顯示了纖維在織物彎曲、剪切和表面光滑性能方面的優(yōu)越性。最后，作者進行了洗滌耐久性測試，證明了纖維電子的良好耐洗性能和發(fā)光亮度穩(wěn)定性，為其實際應用提供了可靠保證 。

圖5展示了無芯片紡織電子的各種應用場景。作者演示了i-纖維（i-紡織品）的多種應用場景。首先，作者展示了i-紡織品在為聾人提供輔助光學通信方面的潛在應用，其顯示了一個644個獨立像素（23行28列）的觸摸板，可實現(xiàn)實時顯示觸摸軌跡。接著，作者基于體耦合能量交互原理，設計了集成無線發(fā)光圖案和無芯片顯示功能的服裝。這種i-紡織品可以在未來的紡織光學通信中實現(xiàn)字母和數(shù)字的顯示。此外，作者還開發(fā)了一種基于單一纖維的交互式紡織品，用于實現(xiàn)虛擬游戲的實時控制，并演示了僅由纖維電子自身控制的俄羅斯方塊游戲。最后，作者展示了一種大面積無線觸覺地毯，當人們踩在特定位置時，周圍的電磁場能量會傳導到腳底，激活纖維以可視化觸摸區(qū)域并傳輸無線傳感信號，用于控制室內電子設備。這些應用場景展示了無芯片紡織電子在輔助通信、虛擬現(xiàn)實、游戲互動和智能家居等方面的潛在應用 。

圖5. 無芯片紡織電子產(chǎn)品的應用