▎藥明康德内容團隊編輯
想象這樣的場景：你穿在身上的衣服，不僅能替你在嘈雜環境中辨識聲音來源，還能記錄你的每一次心跳。這樣“長耳朵”的衣服聽上去相當科幻，但在本周的一篇《自然》論文中，來自MIT等機構的科學家讓科幻成真了。
其實，用衣服“聽”聲音在理論上并不奇怪。包括你正穿着的衣服在内，所有織物都能因聲音而振動。但問題是，這種振動的幅度隻有納米尺度，我們該如何捕捉這些難以察覺的信号？
對這項研究的作者來說，給予他們靈感的是我們的耳朵。當聲波到達人耳時，耳膜中有一個纖維層，可以将聲波轉化為機械振動；随後，機械振動通過聽骨進入内耳，在這裡耳蝸将振動轉化為電信号，最終通過神經元進入大腦。
同樣，這項研究要做的也是打造一款能将聲波最終轉化為電信号的織物。在他們的設計中，這款纖維的核心是一種壓電材料：發生彎曲或機械形變時，壓電材料能産生電信号，進而将聲音振動轉化為電信号。
▲織物“麥克風”的設計思路（圖檔來源：參考資料[1]）
具體來說，這種纖維包含了壓電性的聚合物基底，以及壓電材料钛酸鋇陶瓷顆粒。随後，研究團隊使用熱拉法，在高溫下将整個纖維拉長，進而賦予材料最強的壓電性質。
從纖維到織布，研究團隊并不需要直接将這些纖維編織成完整的布料。他們隻需要将一根壓電纖維編織到普通的紗線上，就可以制造出足夠靈敏、能夠“聽”聲的織物。這種織物能捕捉的最小音量為40分貝，相當于安靜的圖書館環境。此外，這款材料可以機洗，并且垂懸性高、易于成型，這些特征都為打造可穿戴的裝置奠定了基礎。
▲打造功能性織物的示意圖（圖檔來源：Fink Lab MIT/Elizabeth Meiklejohn RISD）
那麼，基于這種材料打造的衣服有什麼作用呢？研究團隊将這種壓電織物編織進襯衫貼着皮膚的一層，這樣當周圍有人在拍手時，襯衫就能辨識出聲音來源的方向。在3米外，這款織物可以探測聲音來源的角度，誤差在1°以内。是以，這項技術有望幫助聽力受損的人在嘈雜環境中定位，進而更精準地傾聽。
這種織物的另一個神奇應用是，其打造的衣服可以實時監測使用者的心跳，以及第一心音和第二心音的輕微波動。此外，這種材料還有望用于監測孕婦的胎心。
▲一根纖維與其他材料組成織物（圖檔來源：Fink Lab MIT/Elizabeth Meiklejohn RISD）
論文第一作者，現任職于新加坡南洋理工大學的Wei Yan教授表示：“穿着這件聲學服裝，你可以通過它來打電話并與他人交流。此外，穿着者的皮膚幾乎感覺不到這種材料，是以可以長期舒适地實時監測心跳和呼吸條件。”
除了這些場景，研究人員相信，這款材料還有更廣闊的應用空間。例如，植入宇航服中，用于聆聽太空塵埃的位置；嵌入建築物，探測裂縫和應力疲勞的風險。
“這項研究提供了一種全新的途徑，使得織物可以聆聽我們的身體及周圍環境。”論文通訊作者，MIT教授Yoel Fink表示。
參考資料：
[2] A fabric that “hears” your heartbeat. Retrieved Mar 17th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/946234
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