作者：塞莉亚·卢特巴赫， 洛桑联邦理工学院
热拉图过程示意图。图片来源：EPFL/FIMAP CC BY SA
EPFL 研究人员设计了一种基于光纤的电子传感器，即使被拉伸到原始长度的 10 倍以上，依然能正常工作。该设备在智能纺织、物理康复设备和软机器人领域具有潜力。
“ 液态金属 ”这个词可能会让人联想到一些危险的东西，比如汞或熔融钢。但在 EPFL 工程学院的光子材料与光纤器件实验室（FIMAP）中，它仅指一种铟和镓的混合物，这种混合物无毒，在室温下保持液态，且在开发用于可穿戴设备和机器人传感器的电子纤维方面展现出巨大潜力。
不幸的是，正如 FIMAP 负责人 Fabien Sorin 所解释的，液态金属极难加工，尤其难以制造兼具高导电性和稳定性与拉伸性的电子纤维。现在，实验室通过一种称为热拉图的技术克服了这一挑战，这种技术传统上用于光纤工程设计。
Sorin 说：“我们已将热拉丝技术融入一个极为简化的工艺中，生产具有精细电子特性的纤维传感器，使其成为运动和健康监测应用中智能纺织品的有力候选。”
团队利用他们发表在 《自然电子》上的技术，制造出一款智能膝盖护具，能够监测用户在活动中的动作和关节功能。
热拉绘过程始于制作一种称为预成型体的电子纤维宏观版本，该纤维包含以三维图案精心排列的液态金属部件。预成型件随后被加热并拉伸，像熔化塑料一样，制成直径从几百微米到毫米不等的纤维，保持相同的三维图案。
博士生、第一作者 Stella Laperrousaz 解释说，这种模式是团队创新的关键之一，因为它允许他们控制单根光纤中哪些区域是有电（导电）或非活动（绝缘）。
“当液态金属与软弹性体基体混合时，会形成许多细小的液滴。加热和拉伸预成型件的过程会破坏这些液滴，激活液态金属。这意味着我们可以通过控制哪些区域因预成型拉伸过程产生的剪切应力而变得活跃，从而精细调节单纤维的功能。”
实验显示，即使纤维被拉伸到原始长度的10倍以上，仍保持高度灵敏度，使该技术相较于其他难以平衡电性能、拉伸性和加工便利性的方法具有显著优势。
FIMAP 实验室的智能护膝。图片来源：EPFL/雨果·马松 CC 由南非颁发
作为概念验证，研究人员将电子纤维无缝集成到软护膝中，并记录受试者行走、奔跑、蹲伏和跳跃时设备的表现。支架能够可靠地监测佩戴者膝盖的弯曲角度，甚至能准确重建其跑步时的步态。
索林说：“由于其易于集成，我们的光纤可以轻松监测运动并检测其他关节的异常，如脚踝、肩膀或手腕，”索林补充说，这项技术也具有高度可扩展性。
“传统电子设备可能过于脆弱或过于刚性，无法集成到纺织品中，但我们的光纤可以通过足够的放大率整合进数米甚至数公里的织物中，这正是我们接下来正在努力的方向。这些织物随后可用于生产可穿戴设备、软义肢或机器人肢体传感器。