北京
一块普通的针织面料，现在不仅能拉伸和折叠。通过精确控制纱线类型和针法，哈佛大学的工程师让它具备了“肌肉记忆”——在不加任何电子元件的情况下，这块布就能在几个稳定的形状间快速弹跳，还能充当开关和计步器。
这项成果来自哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）。研究团队利用工业上常见的纬编技术（就是生产手套和帽子那种工艺），直接织出了具有多稳态特性的织物。所谓多稳态，是指一种结构可以稳定地停留在两个或更多不同的形状里，就像电灯开关能可靠地停在“开”或“关”上，不会自己滑到中间。
论文发表在《先进功能材料》上，第一作者是刚取得博士学位的考萨利亚·马哈德万，她现在在凯蒂亚·贝托尔迪教授的实验室做博士后。贝托尔迪是应用力学领域的威廉与阿米·关·达诺夫教授。
“我一直对织物和纺织品充满激情，想知道能用它们设计和制造出什么，”马哈德万说。她本科时就开始在贝托尔迪的实验室工作。“关于纺织品多稳态的想法，一部分来自纺织艺术家的启发，看他们如何处理结构；另一部分则来自实验室传统上对固体非线性力学的思考。我们试着从那个角度来理解织物。”
纱线本身就能制造持久卷曲
过去，让材料弯曲并保持形状，通常需要往聚合物里预先嵌入应力。而哈佛团队证明，只用纱线就能通过纬编工艺产生复杂且持久的弯曲效果。
他们选用高弹性纱线，并采用了一种叫“衬纬”的编织方法，也就是在织物的正反两面分别铺设不同属性的纱线。织出来的面料又厚又密，会像被剪开的T恤下摆一样，自然地往一个方向卷起来。正是这种基本的卷曲效应，生成了三维形态。
“纱线选择和机器参数的调整，让我们基本上可以选择一种响应最灵敏、弹跳最利落的面料，”马哈德万解释道。
条纹针法使布料能记住多个形状
研究人员将水平条纹和垂直条纹以不同组合排列，制造出能快速在多个稳定形状间切换的织物。每一块布料都停留在自己选定的状态，必须施加足够的力才能把它推到另一个形状。
通过测试纱线属性和几何花纹如何影响这种“弹跳”动作，团队确定了产生多稳态所需的各项条件。他们还建立了一套仿真模型，把整块织物当作一个连续材料来预测其行为，而不是去计算每一根纱线的运动。这样一来，就能提前推算出不同花纹的最终变形效果。
这种多稳态织物不需要电池、导线，只要靠自身的机械结构就能储存和切换状态。潜在的应用场景包括：嵌入衣物用于步数跟踪的被动式传感器、通过物理变形来开关电路的简易控制器，甚至是可以改变透气性或贴合度的智能服装。
“我们从纺织艺术家那里学到的一件事是，织物本身就是结构，不需要额外添加什么，”马哈德万说。“编织本身就可以编程。”
目前团队正探索将这种机制与日常服装生产流程结合，让未来的智能衣物不仅有线可缝，更有“布可编”。
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