开栏语：智能纺织品市场正逐渐成为全球经济增长的新引擎，市场调研公司ReportLinker预测，全球智能纺织品市场预计将从2021年的25.2亿美元增长到2026年的93亿美元，复合年增长率为28.7%。未来十年内，在物联网时代，智能纺织品很可能会与人工智能、人机界面和云技术一起改变人类生活。本刊特设智能纺织品新进展专栏，以期通过全面的介绍，让读者对智能纺织品有更深入的了解。

纺织执行器能够以机械、热、磁、化学、电气或其他刺激作用于人体或进行交互，甚至能够以预先确定的方式感知外部条件（刺激）并做出反应。按常见执行器驱动原理，纺织执行器的主要分类见图1。交互性是大多数智能纺织品的核心，但以往大部分研究重点在智能纺织品的刺激/输入方面，最近更多学者注意其反应/输出部分。第2代智能纺织品以执行、机械输出为基本特征，这与第1代致力于感知的智能纺织品具有明显不同。目前所报道的大多数纺织执行器主要应用电场、离子和热驱动3种之一，采用传统纺织制造方法，如机织、针织和编织将执行器集成到纺织品中。经过设计构成材料及其几何形状，实现所需的特性，如高抗冲击性、热调节或导电性。然而，绝大多数的智能纺织品仅仅关注传感和信息收集功能，但机械性能可调的织物可以向人体提供机械反馈，并执行诸如关节辅助、支撑和触觉等功能，更具有广阔市场前景和应用推广价值。

图1 典型智能纺织执行器分类

纺织执行器有助于患者获得更一致的治疗剂量，其在药物传递、疼痛管理、哮喘管理和各种慢性疾病（如慢性疼痛、褥疮和溃疡、哮喘、糖尿病等）的康复及矫形治疗等应用中起到重要作用。通常这些医疗过程需要在人体局部施加的静态力（或其他刺激）很小，而许多类型的纺织执行器（如电活性聚合物）的应变也较小，正好满足治疗应用需求。例如，当电阻加热至130 ℃时，基于氨纶长丝扭曲和卷曲的柔性执行器可收缩45%，且在30 ℃左右时该执行器产生的收缩可达到7%。也有研究结合两种天然纤维织物开发了电动力离子驱动器，以高表面积粘胶纤维基活性炭布提供电气特性，以丝绸织物实现横向机械特性，同时防止导电纺织品接触。通过向活性炭布电极中注入电子电荷，电解质离子在电极之间的多孔网络中迁移，引起层板不均匀膨胀，最终导致层板弯曲，显示了约0.8%的应变差。

图片来源：《High-performance electroionic artificial muscles boosted by superior ion transport with Ti3C2Tx MXene/Cellulose nanocomposites for advanced 3D-motion actuation》

图2 基于二维材料MXene/纤维素-离子液体基柔性致动器

人工肌肉是纺织执行器的主要应用领域之一，也是不少学者关注的对象。有学者结合纤维素纺织品加工技术与无金属沉积法涂覆电活性聚合物，通过机织和针织制造出具有可调力量和张力的可穿戴柔性人工肌肉，并发现其收缩力的大小与织物中纱线的数量呈线性关系。柔性外骨骼是纺织执行器另一个可实现的目标。目前，市场中仅出现了气动外骨骼套装，但其并没有集成在纺织品中。流体致动是软体机器人外骨骼技术的基础，由于目前缺乏可以简单地集成到纺织品中的主动流体泵，瑞士洛桑联邦理工学院的专家报告了一种可拉伸纤维状流体泵，将压力源直接集成到纺织品中，实现了无线可穿戴流体控制，有望实现主动流体泵的纺织集成。这些研究证实，纺织结构增加了执行器的柔软性和力学稳定性，且纺织加工可实现人工肌肉等执行器的批量化生产，使设计辅助设备的新方法成为可能。

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图 3 下肢外骨骼机器人Fourier X1

纺织执行器的设计者已经引入了标准，定义单位质量输出功率、单位体积输出功率和执行器效率是执行器的3个基本特性。标准的制定有助于推进此类纺织品的标准化开发。但是，目前纺织执行器还面临系列技术挑战，包括：需要克服热致动器的高功率消耗，制定材料和软机器人结构，以最大限度地提高应变等执行作用，同时最小化能源消耗；开发柔性纤维纱线和织物结构，以最大限度地提高电执行器的张力；气动驱动具有很高的力，但并不能很好地集成到纺织品中，需要改进集成、缩小尺寸和设计执行机构和服装，使力有效地与穿戴者结合。

（文章内容节选自《2024世界纺织行业趋势展望》中《智能纺织品新进展》一文，作者为孟粉叶、胡吉永、张勇，微信中图1为该文章中原图，其他图片来源见图下注，如有侵权请联系删除）