机器刺绣嵌入类皮肤张力线，打造可大规模定制的智能可穿戴设备

来自塔尔图大学的研究团队在《先进材料》期刊发表新成果，揭示了一种通过机器刺绣编码仿皮肤张力线的新方法，为可大规模定制的智能可穿戴设备开辟了全新路径。该技术利用刺绣线材的几何结构，赋予纺织品类似皮肤的定向延展性，实现“按需定制”的动态贴合。 研究团队受皮肤结构启发，发现皮肤的延展性源于胶原蛋白纤维的密集排列方式。他们将这一原理转化为纺织设计：通过在弹性面料上刺绣短而密集的“Z”字形线圈——即“纤维弹簧”——来储存额外线长。当面料受力拉伸时，这些线圈逐渐拉直，实现可控延展；而直线缝线则保持刚性，不发生形变。通过调节“Z”字形的幅度，可精确控制每个单元的伸展极限。 研究人员将这些“纤维弹簧”以三角形网格形式铺满整个织物，相邻线圈通过自动打结连接，形成稳定且不可松脱的结构。这种“纤维弹簧拼图”结构具有高度可编程性，可在7毫米分辨率下实现局部力学调控，精准模拟皮肤的各向异性延展特性。 为实现设计自动化，团队开发了一套基于常见图像软件与Python脚本的系统。利用RGB三通道图像，设计师可“绘画”出机械性能，将艺术创作直接转化为刺绣图案，实现从视觉设计到物理性能的无缝转换。 实验中，研究团队仅用一块刺绣织物就制成了原型鞋，包含近两千个单元、约两万针，几乎无需额外缝合。穿戴测试显示，鞋子能紧密贴合脚跟，避免松弛，同时防止脚趾扭曲，保持自然屈曲，显著提升贴合度与舒适性，有望降低运动或重体力劳动中的足部损伤风险。 更令人惊叹的是，这种刺绣结构本身如同一个“物理神经网络”：每个线结节点都具备局部响应能力，整体行为由程序化编码决定。原型鞋甚至能感知脚地接触力，并据此自动调整步态。 该技术不仅保留了刺绣的美学价值，更将“程序”隐藏于织物纹理之中，使智能功能与外观融为一体。它为可穿戴设备、运动装备、康复辅具乃至机器人外骨骼提供了高度可扩展的解决方案，标志着纺织品正从被动材料迈向“会思考”的智能界面。