【儀表網 研發快訊】由柔性電子器件和緊身衣組成的智能可穿戴系統憑借其高集成度和優異的貼合性，在醫療健康和人機交互等領域有廣泛的應用前景。近年來，盡管柔性電子在各方面取得了長足的進步，但作為智能可穿戴系統中緊身衣主要組成部分的可拉伸彈性織物與不可拉伸拉鏈之間的力學協調問題仍長期存在，影響了系統的功能、舒適性和美觀性。實現拉鏈可拉伸化是解決上述問題的有效方案。
近來，力學研究所蘇業旺研究員團隊提出了可拉伸拉鏈力學結構設計，消除了拉鏈在實現拉伸過程中面臨的傳統鏈牙沿長度方向排列的緊密性要求與可拉伸拉鏈的拉伸性需求之間的矛盾，解決了拉鏈交叉布置時重疊區域抗干擾能力不足和無法閉合的難題。該研究成果分別以“Stretchable zipper”和“Crossed stretchable zipper”為題近期發表于新興國際學術期刊《Soft Science》。
可拉伸拉鏈基于仿生力學結構設計。鏈牙能夠通過交錯的匙狀結構實現互鎖，憑借縫合連接機制限制垂直于互鎖面的分離，并依靠鉤-槽拉伸限制器避免拉伸時鏈牙間距離過大導致互鎖結構失效(圖1)。拉鏈應變可達25%，最大超出了現有拉鏈的200%。同時，新型拉頭結構保證可拉伸拉鏈能夠在全應變區間內無論兩側鏈帶應變是否相同均能順利開合(圖2)。此外，交叉適配器通過子零件間的互鎖實現拉鏈交疊區域的拉合，并依靠子零件間的扣-槽結構和縫合連接機制抑制互鎖后交叉適配器的結構失效(圖3)。交叉適配器與可拉伸拉鏈的結合實現了在保證可拉伸性的前提下拉鏈的交叉化布置。新型拉頭保證了交叉可拉伸拉鏈交疊處開合狀態的順利切換。在偏癱康復可穿戴系統和傷口閉合中的應用表明，可拉伸拉鏈在適應拉伸和增強貼合性方面具有顯著優勢，能夠明顯降低對相應部位附近形變的約束(圖4)。同時，基于交叉可拉伸拉鏈的模塊化封裝方案也可使電子器件部署門檻大大降低，可以推動智能可穿戴系統的個性化，普及化發展。可拉伸拉鏈設計的提出，是實現智能可穿戴系統完全可拉伸化的最后一塊拼圖，有很好的產業化前景。
相關工作在《Soft Science》上已發表兩篇論文，第一作者為中國科學院力學研究所研究生王梵名，通訊作者為蘇業旺研究員；合作者包括力學所研究生李沁藍、王之桐副研究員、馮春高級工程師。該工作得到了來自國家自然科學基金委和中國科學院的項目支持。
圖1. 受生物啟發的可拉伸拉鏈
圖2. 可拉伸拉鏈的關鍵結構設計及雙邊非等效互鎖過程
圖3. 交叉可拉伸拉鏈的交叉適配器和拉頭的結構設計
圖4. 在智能可穿戴系統和醫療設備中的應用
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