一组多样化的科学家创造了具有自我修复、发光和磁性特征的柔性纤维。这种创新的可扩展水凝胶包裹的离子电子镍核发光 (SHINE) 纤维具有极高的柔韧性，能够产生明亮的光，并在被切割后具备自我修复的能力，几乎恢复其原始亮度的所有部分。此外，这种纤维还可以通过无线方式供电，并使用磁力进行物理控制。
来自新加坡国立大学 (NUS) 材料科学与工程系的一组跨学科研究人员创造了具有自我修复能力、能够发光和展现磁性特征的柔性纤维。
SHINE 纤维可弯曲，能够产生明亮的可见光，并且在被切割后可以自动修复，几乎恢复原始亮度的 100%。它还可以通过无线方式供电，并能受到磁力的操控。
得益于其集成多个功能，这种纤维在发光软体机器人和互动显示等应用中展现出巨大的潜力。它甚至可以集成到智能纺织品中。
“今天，大多数数字信息主要通过发光设备进行传输。我们专注于开发可持续的发光材料，并探索新形式，例如纤维，以拓宽应用可能性，包括在智能纺织品中的应用。制造自我修复的发光设备是一种创造可持续发光设备的方法，类似于生物组织如皮肤，” 研究负责人、副教授本杰明·提解释道。
该团队与新加坡国立大学健康创新与科技研究所 (iHealthtech) 的合作研究于 2024 年 12 月 3 日发表在 自然通讯 上。
一种纤维中的多功能增强
由于其增强现有技术的潜力，发光纤维正受到越来越多的关注，涉及领域如软体机器人、可穿戴电子设备和智能纺织品。它们可以提供动态照明、互动显示和光学信号，通过使人-机器人交互变得更加直观和响应灵敏来提升人机交互。
然而，发光纤维的实际使用常常受限于其物理脆弱性以及在单一设备中集成多种特性的挑战，可能会导致设备复杂化或增加能耗。
然而，新加坡国立大学团队开发的 SHINE 纤维通过在一个可扩展的设备中集成发光、自我修复能力和磁性操控来解决这些问题。与当前市场上通常缺乏自我修复能力和物理操控的选项不同，SHINE 纤维提供了更耐用、多功能和高效的解决方案。
该纤维采用同轴设计，包括用于磁性特性的镍核、用于光产生的硫化锌基发光层和用于透明度的水凝胶电极。通过可扩展的离子诱导明胶化技术，研究人员生产出长度可达 5.5 米的纤维，在近一年的开放空气暴露后仍保持其功能。
副教授提表示：“为了确保在明亮的室内环境中有效可见，建议的亮度水平约为 300 至 500 cd/m²。我们的 SHINE 纤维的最大亮度为 1068 cd/m²，远远超过了推荐的阈值，使其在光线充足的条件下仍然具有高度可见性。”
该纤维的水凝胶层可以通过在环境条件下化学键的再形成实现自我修复，而镍核和发光层则通过在 50 摄氏度下的热诱导偶极相互作用恢复其结构和功能效果。
提副教授补充道：“最重要的是，恢复过程可以使纤维原始亮度超过 98% 的恢复，确保它在修复后能够承受机械压力。这一特性鼓励对受损但自我修复的纤维进行重复使用，增强了这种技术的可持续性。”
此外，SHINE 纤维的镍核支持磁性操控，使得纤维可以通过外部磁铁进行控制。“这是一个令人着迷的特点，使其能应用于能够在狭窄空间中导航、执行复杂运动并实时信号的动态发光软体机器人纤维，” 论文的第一作者付学梅博士强调。
发现人类与机器人的新互动
SHINE 纤维可以集成到能够发光并在被剪切后自我修复的智能纺织品中，从而增强可穿戴技术的耐久性和实用性。凭借其固有的磁性，纤维可以作为软机器人运行，发光、自我修复、在狭小空间中导航，并在完全被割断后仍能进行视觉信号。此外，它还可以用于互动显示，其中其磁性促进模式的动态变化，以便在昏暗环境中实现光学交互和信号传递。
展望未来，研究人员计划提升磁性操控的精度，以实现更复杂的机器人功能。他们还在研究将温度和湿度等传感功能集成到完全由 SHINE 纤维组成的发光纺织品中的潜力。
