在此，受聽覺系統的啟發，來自美國麻省理工學院的Yoel Fink等研究者，推出了一種面料，它可以作為靈敏的聽覺麥克風，同時保留了面料的傳統品質，如機洗性和懸垂性。相關論文以題為「Single fibre enables acoustic fabrics via nanometre-scale vibrations」於2022年03月16日發表在Nature上。面料的無處不在，加上纖維技術最近的突破，使人們能夠挑戰織物的傳統使用，以包含新的和潛在的有用的角色。近來的研究證明，織物可以存儲能量、交流、加熱、冷卻、顯示，甚至存儲和處理數字信息。由於織物的廣泛使用，其與人體的無與倫比的接近，以及聲音信號的重要性，人們開始研究織物是否可以作為有效的聲音收集器，以檢測和處理即使是微弱的聲音信號。這種在織物使用上的轉變，將產生深遠的影響，使織物能夠協調聲通信，從身體採集聲健康指標，並增加情景聽覺感知。目前，實現敏感聲織物，主要面臨兩個障礙。首先，傳統織物在阻尼聲音方面臭名昭著，其次，之前報道的能夠將機械振動轉化為電信號的纖維，在空氣中靈敏度很低。織物是由短纖維或長絲纖維扭曲成紗線，然後組裝成織物的分層結構。這個層次內在地建立了多個界面，分散和消散傳播的聲子，賦予織物耗散的聲學特性。然而，在自然界中，纖維的作用往往是傳遞聲音，而不是減弱聲音。例如，在人類的聽覺系統中(圖1)，鼓膜負責解決耳道空氣和內耳液體之間的聲阻抗不匹配，它碰巧是一個環狀和徑向定向的高模量纖維結構。這種膜將聲壓傳導到中耳骨的機械振動。這樣的振動然後傳遞到內耳的耳蝸。在耳蝸中，毛束被偏轉，最終將壓力波轉換成電信號(離子)，由神經系統接收。在此，研究者從聽覺轉導序列中獲得靈感，包括壓力、機械刺激和電刺激的轉換，以及聽覺系統中纖維的重要性。研究者引入了一種具有類似傳感路徑的方法，利用纖維，使微擾織物能夠有效地將壓力波轉換為電子輸出(圖1)。
在此，作為原理的證明，研究者介紹了一種面料，它可以作為靈敏的聽覺麥克風，同時保留了面料的傳統品質，如機洗性和懸垂性。織物介質由棉質經紗緯線上的高楊氏模量紡織紗線組成，將可聽到頻率下的10-7大氣壓力波轉換為低階機械振動模式。織物中編織着一種熱拉伸的複合壓電纖維，它與織物一致，並將機械振動轉換成電信號。纖維靈敏度的關鍵是彈性材料包層，它將機械應力集中在具有高壓電電荷係數的壓電複合材料層中，壓電電荷係數約為46皮庫侖/牛頓，這是熱拉伸過程的結果。研究者同時測量了電輸出和空間振動模式在可聽到的聲激發下的響應，揭示了織物振動模式與納米振幅位移是纖維電輸出的來源。由於纖維占織物體積的0.1%以下，單纖維拉伸就可以實現數十平方米的織物麥克風。三種不同的應用證明了這項研究的實用性：一種帶有雙聲纖維的梭織襯衫可以測量聲脈衝的精確方向；兩種織物之間建立了雙向通信，作為聲音發射器和接收器；一種襯衫聽診心音信號。
綜上所述，研究者描述了原理、材料和機制，由此實現了一個聲學織物。由此產生的織物，能夠有效地檢測可聽到的聲音，性能與商用麥克風相當。在聲方向檢測、聲通信和心音聽診方面的應用表明，該技術的廣泛適用性使基於織物的人機界面、生理監測和保健、航空航天工程、通信、生物醫學、機器人和計算織物等領域的進展成為可能。Yan, W., Noel, G., Loke, G.et al.Single fibre enables acoustic fabrics via nanometre-scale vibrations.Nature(2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04476-9原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04476-9#citeas
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