【仪表网 研发快讯】由柔性电子器件和紧身衣组成的智能可穿戴系统凭借其高集成度和优异的贴合性，在医疗健康和人机交互等领域有广泛的应用前景。近年来，尽管柔性电子在各方面取得了长足的进步，但作为智能可穿戴系统中紧身衣主要组成部分的可拉伸弹性织物与不可拉伸拉链之间的力学协调问题仍长期存在，影响了系统的功能、舒适性和美观性。实现拉链可拉伸化是解决上述问题的有效方案。
近来，力学研究所苏业旺研究员团队提出了可拉伸拉链力学结构设计，消除了拉链在实现拉伸过程中面临的传统链牙沿长度方向排列的紧密性要求与可拉伸拉链的拉伸性需求之间的矛盾，解决了拉链交叉布置时重叠区域抗干扰能力不足和无法闭合的难题。该研究成果分别以“Stretchable zipper”和“Crossed stretchable zipper”为题近期发表于新兴国际学术期刊《Soft Science》。
可拉伸拉链基于仿生力学结构设计。链牙能够通过交错的匙状结构实现互锁，凭借缝合连接机制限制垂直于互锁面的分离，并依靠钩-槽拉伸限制器避免拉伸时链牙间距离过大导致互锁结构失效(图1)。拉链应变可达25%，最大超出了现有拉链的200%。同时，新型拉头结构保证可拉伸拉链能够在全应变区间内无论两侧链带应变是否相同均能顺利开合(图2)。此外，交叉适配器通过子零件间的互锁实现拉链交叠区域的拉合，并依靠子零件间的扣-槽结构和缝合连接机制抑制互锁后交叉适配器的结构失效(图3)。交叉适配器与可拉伸拉链的结合实现了在保证可拉伸性的前提下拉链的交叉化布置。新型拉头保证了交叉可拉伸拉链交叠处开合状态的顺利切换。在偏瘫康复可穿戴系统和伤口闭合中的应用表明，可拉伸拉链在适应拉伸和增强贴合性方面具有显著优势，能够明显降低对相应部位附近形变的约束(图4)。同时，基于交叉可拉伸拉链的模块化封装方案也可使电子器件部署门槛大大降低，可以推动智能可穿戴系统的个性化，普及化发展。可拉伸拉链设计的提出，是实现智能可穿戴系统完全可拉伸化的最后一块拼图，有很好的产业化前景。
相关工作在《Soft Science》上已发表两篇论文，第一作者为中国科学院力学研究所研究生王梵名，通讯作者为苏业旺研究员；合作者包括力学所研究生李沁蓝、王之桐副研究员、冯春高级工程师。该工作得到了来自国家自然科学基金委和中国科学院的项目支持。
图1. 受生物启发的可拉伸拉链
图2. 可拉伸拉链的关键结构设计及双边非等效互锁过程
图3. 交叉可拉伸拉链的交叉适配器和拉头的结构设计
图4. 在智能可穿戴系统和医疗设备中的应用
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