通过可调钝化–腐蚀实现纤维内逻辑与记忆

会“思考”的智能衣物

想象一下穿上一件不仅能追踪你的动作与健康，还能在没有任何硬质塑料设备缝入的情况下悄悄思考与记忆的 T 恤。本研究展示了如何将一根几乎与普通缝纫线同样细的柔软纤维，转变为日常纺织品内部用于计算与存储的微小构件。

为什么刚性芯片不适合柔软织物

现今的可穿戴设备大多依赖于与手机和笔记本相同的硬硅芯片。这些芯片比织物硬得多、可弯曲性差，因此当它们被添加到衣物上时，会形成疙瘩、压力点和在弯曲、拉伸或洗涤时容易断裂的薄弱部位。目前的纺织电子通常将小电路板隐藏在口袋或补丁上，这使得技术难以真正融入织物，使用户几乎感觉不到它的存在。要实现真正像计算机一样运作的衣物，电子元件必须具备与普通纱线相同的柔软性、可拉伸性和细丝状形态。

将单根纤维变成逻辑与记忆元件

研究人员设计了一种名为 FLAME 的纤维，能够既作为逻辑元件（如二极管），又作为存储元件（如忆阻器）。该纤维有三部分：位于中心的细铝线，以螺旋弹簧状扭绕；包裹其周围的水基软凝胶；以及外侧的弹性硅胶壳。通过在纤维制造后简短施加特定电压，团队可以改变凝胶中铝线表面的状态。在弱酸性条件下，金属会生长出致密的绝缘膜，能够部分或完全覆盖金属。在弱碱性条件下，则形成松散、易于去除的层。这些微妙的表面变化控制电流如何通过，使同一根纤维可以“重新编程”为单向电流阀或一个其电阻能记忆过去信号的元件。

化学如何控制开关与记忆

该方法的核心是在铝表面上实现可控的钝化与腐蚀之间的“舞蹈”。在酸性凝胶中，正电压会形成并扩展出致密的氧化膜；如果它只部分覆盖金属，每次脉冲都会增加更多氧化物并逐渐改变电流响应，呈现出类似忆阻器的行为。如果处理继续，薄膜会覆盖整个表面并在很大程度上阻止化学反应，使纤维表现为在一个方向上更容易导通的二极管。在碱性凝胶中，正偏压下会生长出粗糙的氢氧化铝层。随后施加的负偏压可以部分溶解或剥离该层，暴露出新的金属并改变电流流动方式。通过选择凝胶的酸碱性并精细调节预施加电压的幅度、极性和持续时间，研究者绘制出纤维表现为二极管、忆阻器或两者结合的区域图。

在织物中构建逻辑与类脑功能

由于该纤维柔软且可拉伸约至原长的一半，它可以穿过标准缝针并像普通纱线一样在商用织机上编织。在二极管模式下，它能在远高于许多先前软纤维器件的电压下整流交流信号，并在数千个周期和长时间测试中保持稳定。通过将成对纤维与可拉伸的电阻线缝合在一起，团队直接在织物中构建了简单的“或（OR）”和“与（AND）”逻辑门，这些逻辑门在布料被拉伸时仍能工作。在忆阻器模式下，纤维模拟了生物突触的某些特性：重复的电压脉冲可以增强或减弱其导电性，响应随时间衰减或持续不变，且喷涂凝胶的铝与碳交叉线阵列可以存储图案。一个 6×6 的纺织网格可以通过在选定交叉点局部改变导电性来“写入”和“擦除”简单的形状与字母。

这对未来服装意味着什么

这项工作表明，通过在柔软纤维内部操控基本的金属表面化学，可以将决策与记忆封装到感觉和行为像普通纱线的线材中。尽管要规模化生产并在现实环境中保护凝胶还需更多工程工作，但该方法指向了能够承载隐藏、可重构计算网络的衣物，将传感、简单处理与数据存储直接带入织物本身。

引用: Li, Y., Yang, W., Shokurov, A.V. et al. In-fibre logic and memory via tuneable passivation–corrosion. Nat Commun 17, 4666 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71249-7

关键词: 纺织计算, 可穿戴电子, 忆阻器, 软逻辑器件, 智能织物