声学纤维和带有纤维预制件的织物。鸣谢:麻省理工学院芬克实验室/伊莉莎白·梅克约翰·RISD/格雷格·海伦听力有问题？把你的衬衫翻起来。这是麻省理工学院的工程师和罗德岛设计学院的合作者开发的一种新的“声学织物”背后的想法。该团队设计了一种像麦克风一样工作的织物，首先将声音转换为机械振动，然后转换为电信号，类似于我们的耳朵听到的声音。
所有的织物都会对听得见的声音产生振动，尽管这些振动是纳米量级的——太小了，一般感觉不到。为了捕捉这些难以察觉的信号，研究人员创造了一种柔性纤维，当编织成织物时，它会随着织物弯曲，就像海洋表面的海藻一样。
该纤维由“压电”材料设计而成，当弯曲或机械变形时会产生电信号，为织物提供了一种将声音振动转化为电信号的方法。
这种织物可以捕捉从安静的图书馆到繁忙的道路交通的分贝范围内的声音，并确定像拍手这样的突然声音的精确方向。当织入衬衫的衬里时，这种织物可以探测到穿着者微妙的心跳特征。这种纤维也可以用来产生声音，比如说话的录音，这种声音可以被另一种纤维探测到。
《自然》杂志刊登了一项详细描述该团队设计的研究。作为麻省理工学院的博士后，主要作者魏延帮助开发了这种纤维，他看到了这种能听到声音的织物的许多用途。
新加坡南洋理工大学的助理教授严说:“穿上声学衣，你可以通过它来接听电话和与他人交流。”。“此外，这种织物可以不知不觉地与人体皮肤接触，使穿着者能够以舒适、连续、实时和长期的方式监测他们的心脏和呼吸状况。”
Yan的合著者包括Grace Noel，Gabriel Loke，Tural Khudiyev，Juliette Marion，Juliana Cherston，Atharva Sahasrabudhe，Joao Wilbert，Irmandy Wicaksono，麻省理工学院的John Joannopoulos和Yoel Fink教授，以及来自罗德岛设计学院()的合作者，凯斯西储大学的朱磊，威斯康星大学麦迪逊分校的Chu Ma和美国陆军环境医学研究所的Reed Hoyt。
织机上的声学织物。鸣谢:麻省理工学院芬克实验室/伊丽莎白·梅克约翰·RISD声音分层
织物传统上用于抑制或减少声音；例子包括音乐厅的隔音和我们生活空间的地毯。但是芬克和他的团队多年来一直致力于重塑织物的传统角色。他们专注于扩展材料的性能，使织物更具功能性。在寻找制造声音感应织物的方法时，研究小组从人耳中获得了灵感。
可听声音以轻微压力波的形式在空气中传播。当这些波到达我们的耳朵时，一个非常敏感和复杂的三维器官，鼓膜，或耳膜，使用圆形纤维层将压力波转化为机械振动。这些振动通过小骨头传播到内耳，在内耳中，耳蜗将声波转换成电信号，由大脑感知和处理。
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、能够探测声音的织物“耳朵”。他们的研究导致了两个重要的发现:这种织物必须结合刚性或“高模量”纤维，才能有效地将声波转化为振动。此外，该团队还必须设计一种可以随织物弯曲的纤维，并在此过程中产生电输出。
根据这些指导方针，该团队开发了一种称为预制体的分层材料块，由压电层和增强材料对声波的振动的成分制成。然后，将制成的约有粗记号笔大小的预制棒加热，像太妃糖一样拉成40米长的细纤维。
轻量级听力
研究人员通过将这种纤维附着在一块悬挂的聚酯薄膜上来测试它对声音的敏感度。他们使用激光来测量薄片的振动——并延伸到纤维——以响应通过附近扬声器播放的声音。在安静的图书馆和繁忙的道路交通之间，声音的分贝有所不同。作为响应，纤维振动并产生与声音成正比的电流。
“这表明薄膜上纤维的性能可与手持式麦克风相媲美，”Noel说。
接下来，研究小组将这种纤维与传统纱线编织在一起，制成可机洗的悬垂面料。
声学纤维和带有纤维预制件的织物。署名:Fink Lab MIT/Elizabeth Meiklejohn RISD/Greg Hren“这感觉就像一件轻便的夹克——比牛仔布轻，但比礼服衬衫重，”合著者Elizabeth meikle John说，她是RISD的一名研究生，用标准织机织出了这种面料。
她将一块面板缝在衬衫的背面，团队站在衬衫的不同角度，通过拍手测试织物对方向声音的敏感度。
“这种织物能够在3米远的地方检测到1度以内的声音角度，”诺尔指出。
研究人员设想，定向声音感应织物可以帮助那些听力损失的人在嘈杂的环境中收听扬声器。
该团队还将一根纤维缝合到衬衫的内衬上，刚好在胸部区域，并发现它可以准确地检测到健康志愿者的心跳，以及心脏S1和S2的细微变化，或“lub-dub”特征。除了监测自己的心跳，芬克还看到了将声学织物融入孕妇装的可能性，以帮助监测婴儿的胎儿心跳。
最后，研究人员颠倒了纤维的功能，不再作为声音探测器，而是作为扬声器。他们记录下一串口语单词，并将记录以外加电压的形式输入到光纤中。这种纤维将电信号转换成可听见的振动，第二根纤维能够探测到这种振动。
除了可佩戴助听器、交流服装和追踪生命体征的服装，该团队还看到了服装以外的应用。
“它可以与航天器外壳集成，以倾听(积累)空间尘埃，或嵌入建筑物中，以检测裂缝或应变，”严建议。“它甚至可以被编织成一张智能网，用来监控海洋中的鱼类。这种纤维带来了广泛的机会。”
芬克说:“这项研究提供了一种全新的方式，让织物能够倾听我们的身体和周围环境。”“我们的学生、博士后和工作人员对推进研究的奉献精神一直让我惊叹，这与这项在疫情期间开展的工作尤其相关。”
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