科学家研发自供电织物 结合传感器可帮助实时纠正人体姿势

该技术在最近发表在 Nano Research 上的一篇论文中进行了描述。论文作者、中国科学院北京纳米能源与系统研究所副研究员董凯说：“人们在日常生活中经常以各种不良姿势坐着，导致疼痛和不适。如果个人能够通过穿着由智能纺织品制成的特定类型的服装来观察他们的实时坐姿，这种‘坐姿疾病’就可以得到缓解。通过我们开发的自供电坐姿监测背心，用户可以在屏幕上观察他们的姿势变化并进行必要的调整”。

这种织物叫做摩擦纳米发电机 (TENG) ，利用运动来收集为姿势监测传感器供电所需的能量，用于制造自供电织物。集成的机器学习算法分析传感器收集的信息，并可以提供即时反馈，在用户需要修改姿势时通知用户。

这种不寻常的织物是通过将尼龙纤维和导电纤维编织在一起制成的。当用户移动时，织物的纤维会被拉伸和压缩。两条纤维的不断运动和接触会产生电能，这种现象称为接触带电。

面料易拉伸、耐用、可水洗、透气，可长时间穿着舒适。这使其成为长期姿势监测的理想选择。论文作者、美国佐治亚理工学院材料科学与工程学院海塔学院院长、美国佐治亚理工学院王中林教授表示，耐用性和舒适性等因素对于人们如何使用智能纺织品很重要。

王教授表示：“灵活性、可拉伸性和弯曲能力都会影响可穿戴传感器的舒适度。但这些因素也会影响织物的效果。由于其针织结构，该织物表现出良好的拉伸性，这也增加了其输出并产生更高的电压”。

除了面料的舒适性，另一个重要方面是姿势监测的可靠性。传感器直接缝合到织物中，沿着颈椎、胸椎和腰椎的位置。这些姿势有助于收集最常见的懒散姿势的数据，例如驼背姿势。传感器收集的数据随后由机器学习算法进行解释，该算法处理有关佩戴者坐姿的信息，对他们的坐姿进行分类，并在出现提示时监控他们如何纠正姿势。该系统能够在 96.6% 的时间内准确识别佩戴者的姿势。

凭借这种可穿戴性和精确度的结合，研究人员希望这款自供电监控背心能够帮助学生和久坐工作的人避免疼痛、不适和长期健康问题。董说： “我们相信基于 TENG 的自供电监测背心为长期、无创监测提供了可靠的医疗保健解决方案。这也拓宽了基于摩擦电的可穿戴电子产品的应用”。