Science| 单体耦合纤维实现无芯片纺织电子（纤维器件/智能织物/柔性可穿戴电子）

东华大学Hongzhi Wang，Chengyi Hou和Qinghong Zhang团队在《Science》上发布了一篇题为“Single body-coupled fiber enables chipless textile electronics”的论文。论文内容如下：

一、 摘要

        智能纺织品为将技术融入日常生活中提供了理想的平台。然而，目前的纺织电子系统往往依赖于刚性的硅元件，这也限制了无缝集成、能源效率和舒适性。由于缺乏动态能量转换载体，无芯片电子系统仍然面临着数字逻辑挑战。作者提出了一种无芯片的体耦合能量相互作用机制，用于环境电磁能量采集和通过单根纤维传输无线信号。纤维本身实现了无线视频数字交互，而不需要在纺织品上安装额外的芯片或电池。由于所有电子组件都合并在一个微型纤维中，这有助于可扩展的制造和与现代织造技术的兼容性，从而实现多功能和智能服装。我们提出了一种可能解决硅基纺织系统问题的策略。

二、背景介绍

        人类有一种与生俱来的互动需求，随着可穿戴技术的发展，纺织电子系统已成为个人与环境之间交流的主要手段。纺织电子系统旨在为纺织或纤维组件配备用于传感、计算、显示和通信的电子功能。这些系统通常包括但不限于传感器和效应器装置、能量存储和收集器以及基于硅的处理器。然而，这种基于冯·诺伊曼架构的智能纺织品模块化电子系统对无缝集成、能效和穿着舒适性提出了挑战。之所以出现这些挑战，是因为目前的架构--包括无线模块、微处理器和模数转换器(ADC)--依赖于固有的刚性集成电路芯片(硬度：10^7N·m^−1；曲率半径：10^−6至10^−3 m)，这些芯片具有高功耗，无法无缝地与柔软纤维和纺织品(硬度：10^3至10^5N·m^−1；曲率半径：10^−3至10^−2 m)相适应。因此，模块化纺织电子产品的模式转变是必要的，需要一种全新的无线能量交互机制来满足日常生活的需求，即无电池、无芯片、可洗涤和可编织。

三、内容详解

        为了实现上述愿景，作者试图开发一种非冯·诺伊曼架构，使电子组件能够集成到单一纤维中。纤维本身可以发挥无线传输、感官处理和反馈的作用，使其成为电子纺织品的基石。如果要以无线和无芯片的形式实现基于芯片的纺织系统的一个或多个交互功能，主要障碍如下。(1)对于能量相互作用：在单个纤维中，同时限制和辐射能量或电信号似乎是自相矛盾的。(2)信号调制：目前的信号调制原理依赖于复杂的模拟电路和大量的电子元件，这些很难集成到常用的软纤维中。此外，基于数字的电子接口不是裸眼可读的，也不是人工可调制的，阻碍了面向用户的智能纺织品的身临其境的交互体验。作者提出了一种用于纤维电子学的体耦合能量相互作用机制，该机制使用交互对象本身（人体）来耦合周围的电磁能量