蘋果在智能(néng)織物(wù)領域都有哪些研究？

摘要

智能(néng)織物(wù)作(zuò)為(wèi)一種創新(xīn)型智能(néng)材料，是電(diàn)子科(kē)技(jì )與CMF融合的經典設計玩法。既有織物(wù)本身的柔軟觸感及透氣舒适等特性，還有各種各樣的電(diàn)子化功能(néng)性。是集合紡織、電(diàn)子、化學(xué)、生物(wù)、醫(yī)學(xué)等多(duō)學(xué)科(kē)知識綜合開發的具有高智能(néng)化的紡織品。

目前，智能(néng)織物(wù)雖然由于幾大痛點問題尚未解決，還未普及應用(yòng)，但很(hěn)多(duō)終端企業及供應鏈廠商已在積極研發，未來在智能(néng)穿戴、電(diàn)子通信、醫(yī)療等行業都有廣闊的應用(yòng)前景，有專業機構預測：預計到2030年，新(xīn)興電(diàn)子織物(wù)的全球市場規模将達到14億美元。

電(diàn)緻變色織物(wù)表帶 

這是蘋果2023年初獲批的最新(xīn)專利，顯示蘋果正在研究一種可(kě)智能(néng)變色的表帶産品，為(wèi)Apple Watch打造設計。

此舉将電(diàn)子科(kē)技(jì )、“變色”元素、個性化風格、情感人機交互等全部融合到了一起。據介紹，消費者可(kě)根據需求進行定制化，實現趣味性、多(duō)樣性和個性化的設計。同時也可(kě)對服裝(zhuāng)、其他(tā)可(kě)穿戴物(wù)品、環境或其他(tā)偏好的選擇，讓Apple Watch顯示特定的顔色。其專利核心其實是由織物(wù)制成的表帶，而織物(wù)本身是由聚合物(wù)細絲織成的。

這款表帶設計的背後離不開“電(diàn)緻變色”技(jì )術。據專利描述，表帶的色彩可(kě)以通過改變電(diàn)壓來變化，進而實現顔色的多(duō)種組合方式。電(diàn)緻變色層與導體(tǐ)可(kě)互相連接傳遞電(diàn)壓。電(diàn)緻變色層可(kě)以包括聚合物(wù)層。可(kě)以在施加電(diàn)壓的情況下發生反應以改變其顔色。

專利中的細節顯示了用(yòng)戶如何通過Apple Watch滑動以改變表帶顔色，一些或所有的絲線(xiàn)可(kě)以實現電(diàn)緻變色功能(néng)。例如，一條或者多(duō)條絲線(xiàn)可(kě)以包括一個導體(tǐ)和一個電(diàn)緻變色層。

智能(néng)織物(wù)按鈕 

在當前的電(diàn)子設備中，按鈕是一個非常重要的交互元素。無論作(zuò)用(yòng)是打開/關閉某個設備、調整音量，或者和某個項目進行互動，按鈕已經存在很(hěn)長(cháng)時間了。

蘋果搞了一項專利：帶有織物(wù)按鈕的電(diàn)子設備，通過取消正式的開關式元素而采用(yòng)其他(tā)基于織物(wù)的想法，可(kě)以将這些按鈕打造得更加纖細。該專利提出，按鈕的支撐結構可(kě)以由織物(wù)制成，其中可(kě)以包含決定按鈕按壓的元素。

例如，一個按鈕可(kě)以由一個塑料方塊制成，邊緣用(yòng)織物(wù)将其與設備的其他(tā)外表面相連。當用(yòng)戶按下塑料方形按鈕時，由于織物(wù)的柔性，它可(kě)以以一種驅動的形式向下移動。織物(wù)可(kě)以有一個偏壓結構，并由針織織物(wù)制成，使其能(néng)夠将按鈕支撐在所需的位置，并在按壓結束後返回到該位置。

針織品還可(kě)以包括導電(diàn)結構，如金屬線(xiàn)，它們可(kě)以形成電(diàn)容式傳感器電(diàn)極。通過檢測電(diàn)極之間的電(diàn)容變化，一旦達到一定的電(diàn)容水平，該設備就可(kě)以檢測到按下的按鈕。這些金屬線(xiàn)也可(kě)能(néng)允許在按下按鈕時發生電(diàn)阻變化，例如，指示按鈕何時被按下，足以算作(zuò)對設備的按壓。也有可(kě)能(néng)的是，這種電(diàn)阻可(kě)以被監測，以檢測按鈕的按壓。

蘋果公司還建議在可(kě)移動的按鈕結構中加入一個觸覺執行器，以及一個空氣囊，以便為(wèi)按下的按鈕提供阻力，并創造一個“有彈性的矩形環”來進一步支持。使用(yòng)多(duō)層、光學(xué)纖維來照亮按鈕，以及用(yòng)交織在一起的股線(xiàn)創造出一個"雙穩态彈簧"。

電(diàn)路可(kě)調節外觀的織物(wù)産品 

蘋果所獲專利為(wèi)一種基于織物(wù)的物(wù)品，包括由交織的材料（例如交織的管束和其他(tā)材料束）形成的織物(wù)。使用(yòng)基于織物(wù)的物(wù)品中的控制電(diàn)路可(kě)調整織物(wù)部分(fēn)的外觀。

該材料線(xiàn)可(kě)涵蓋由不同顔色的帶電(diàn)納米粒子形成的電(diàn)泳墨水的管道，可(kě)使用(yòng)控制電(diàn)路向電(diàn)泳墨水施加電(diàn)場以改變織物(wù)的外觀。

帶電(diàn)納米粒子和流體(tǐ)可(kě)包含在管束内或可(kě)封閉在封裝(zhuāng)球體(tǐ)等封裝(zhuāng)結構内。封裝(zhuāng)球體(tǐ)或其他(tā)封裝(zhuāng)結構可(kě)嵌入透明聚合物(wù)粘合劑中，而透明粘合劑位于織物(wù)的管道或其他(tā)結構中。在織物(wù)的給定區(qū)域可(kě)施加電(diàn)場，其中織物(wù)可(kě)使用(yòng)與該區(qū)域重疊的導電(diàn)股線(xiàn)、導電(diàn)電(diàn)極例如管股上的透明導電(diàn)電(diàn)極、同軸電(diàn)極或其他(tā)電(diàn)極結構。

下圖11為(wèi)示例性織物(wù)的側視圖，該織物(wù)具有電(diàn)極層，可(kě)将控制信号施加于在織物(wù)中的管束中的電(diàn)泳墨水結構中。

智能(néng)織物(wù)服裝(zhuāng) 

這是2023年年初，蘋果獲得的一項名為(wèi)“帶電(diàn)器元件的智能(néng)織物(wù)”專利，将諸多(duō)傳感器整合到服裝(zhuāng)的接縫處，從而實現更深層的交互。

蘋果在專利描述中表示在織物(wù)中加入電(diàn)器元件是極具挑戰的事情。織物(wù)是柔性的，因此在織物(wù)上安(ān)裝(zhuāng)結構可(kě)能(néng)很(hěn)困難。電(diàn)氣元件必須與信号路徑（例如傳輸數據信号、電(diàn)源等的信号路徑）相耦合。因此，最好能(néng)夠提供改進的技(jì )術，将電(diàn)氣元件納入帶有織物(wù)的物(wù)品。

織物(wù)控制設備 

2022年，蘋果将智能(néng)織物(wù)研究指向Apple Watch和AirPods之外的可(kě)穿戴技(jì )術。專利表明，蘋果正在研究如何将傳感器和開關編織到織物(wù)中，然後可(kě)用(yòng)于智能(néng)包、家具、服裝(zhuāng)等。

這項名為(wèi)"織物(wù)控制設備"的蘋果專利，主要涉及将任何東西嵌入織物(wù)的細節。蘋果表示，使用(yòng)織物(wù)等材料形成包、家具、服裝(zhuāng)、電(diàn)子設備和其他(tā)物(wù)品可(kě)能(néng)是可(kě)取的，然而，如果不注意，基于織物(wù)的這些物(wù)品可(kě)能(néng)無法提供所需的功能(néng)。

例如，基于織物(wù)的電(diàn)子設備在使用(yòng)時可(kě)能(néng)很(hěn)笨拙，可(kě)能(néng)沒有一個有吸引力的外觀，或者可(kě)能(néng)不提供所需的功能(néng)。該專利集中讨論的是最後一點，即讓織物(wù)物(wù)品成為(wèi)控制裝(zhuāng)置的問題。在列舉了每一種可(kě)以想象的電(diàn)子設備類型後，該專利接着給出了更具體(tǐ)的、可(kě)立即識别的織物(wù)項目。

蘋果表示，織物(wù)可(kě)能(néng)是一條帶子，可(kě)能(néng)是一個腕帶或頭帶，可(kě)能(néng)是一個設備的可(kě)拆卸蓋子，可(kě)能(néng)是一個有帶子的箱子或袋子，或者它可(kě)以是椅子、沙發或其他(tā)座椅的一部分(fēn)（例如，坐(zuò)墊或其他(tā)座椅結構），可(kě)以是衣服或其他(tā)可(kě)穿戴物(wù)品的一部分(fēn)（例如，帽子、皮帶、腕帶、頭帶、襪子、手套、襯衫、褲子等），或者可(kě)以是任何其他(tā)基于織物(wù)的物(wù)品。

蘋果表示一個基于織物(wù)的項目可(kě)以包括一個用(yòng)織物(wù)覆蓋的外殼。織物(wù)的區(qū)域可(kě)與輸入電(diàn)路重疊，如按鈕開關、觸摸傳感器、力傳感器、接近傳感器和其他(tā)傳感電(diàn)路，并可(kě)與其他(tā)組件重疊，如發光組件和觸覺輸出裝(zhuāng)置。該專利的細節顯示了一個用(yòng)織物(wù)包裹的遙控器。此前，蘋果還獲得了一項專利，即通過智能(néng)手套控制Mac。新(xīn)的專利将其擴大到幾乎所有可(kě)以用(yòng)織物(wù)包裹的東西。

基于織物(wù)的物(wù)品可(kě)以包括控制電(diàn)路，從輸入電(diàn)路收集用(yòng)戶的輸入，基于織物(wù)的物(wù)品可(kě)以有一個重物(wù)，該重物(wù)位于外殼内，當外殼放置在表面上時，可(kě)将外殼定向到所需的方向。很(hěn)難想象目前的扁平Siri遙控器在面朝下放置時，會把自己翻過來。然而，蘋果公司的圖紙顯示了一個更加圓潤的圓柱形設備，可(kě)能(néng)具有自定位功能(néng)。

這種織物(wù)材料由聚合物(wù)、金屬、玻璃、石墨等形成，然後多(duō)個材料絲（多(duō)個單絲）交織在一起形成的股，最後形成織物(wù)。如果電(diàn)路被編織到織物(wù)中，那麽該織物(wù)可(kě)以具有增強的透光性，按鈕标簽，或明顯的紋理(lǐ)區(qū)域。織物(wù)的其它屬性可(kě)以與輸入電(diàn)路重疊，如按鈕開關、觸摸傳感器電(diàn)路、力傳感器、接近傳感器和其他(tā)傳感電(diàn)路。

蘋果在智能(néng)織物(wù)的構成方面的技(jì )術 

蘋果在智能(néng)織物(wù)的構成方面，2021年就已有授權專利。例如，基于織物(wù)的物(wù)品可(kě)以具有一系列電(diàn)子元件和一層或多(duō)層織物(wù)。織物(wù)層可(kě)用(yòng)作(zuò)電(diàn)子元件的基底，或可(kě)耦合到其安(ān)裝(zhuāng)電(diàn)子元件的支撐結構。

該電(diàn)子元件可(kě)安(ān)裝(zhuāng)到支撐結構，例如柔性印刷電(diàn)路。柔性印刷電(diàn)路采用(yòng)由開口陣列形成的網格圖案。蛇形柔性印刷電(diàn)路段可(kě)在開口間延伸，并且可(kě)以互連電(diàn)子元件已焊接到柔性印刷電(diàn)路的部分(fēn)。

該電(diàn)子元件可(kě)以是發光二極管或其他(tā)電(diàn)氣裝(zhuāng)置。帶有光散射顆粒的聚合物(wù)或其他(tā)材料可(kě)能(néng)會覆蓋電(diàn)子元件。該柔性印刷電(diàn)路和組件陣列可(kě)以層壓在織物(wù)層或其他(tā)材料層之間。

上圖1為(wèi)基于智能(néng)織物(wù)的示例性物(wù)品的示意圖；

圖10為(wèi)說明性織物(wù)層的橫截面側視圖，展示了如何選擇導電(diàn)紗線(xiàn)等導電(diàn)材料股線(xiàn)置于織物(wù)層的表面，以及用(yòng)于制成焊料隆起焊盤等接觸件，以耦合到電(diàn)氣元件；

上圖17為(wèi)說明性網狀（網狀圖案）柔性基闆的分(fēn)解透視圖，填充了電(diàn)子元件陣列和相關材料層，例如織物(wù)層或具有配合接觸墊的其他(tā)柔性層。

 小(xiǎo)結 

智能(néng)織物(wù)是CMF設計與電(diàn)子科(kē)技(jì )結合的産物(wù)，目前的研究還處于起步階段，研究方向主要集中在功能(néng)方面

。痛點問題還比較多(duō)，比如産品生産的複雜性導緻成本升高；産業鏈的技(jì )術都還處于不斷的完善、優化與發展中；如何兼顧智能(néng)化與産品本身需要具備的性能(néng)，比如機械性、舒适度等。

雖然有諸多(duō)問題，但值得期待的是，智能(néng)織物(wù)的浪潮已經逐漸從學(xué)術界蔓延至商業市場，并且不斷沖擊着現有的移動終端的産業和市場格局，緻使科(kē)技(jì )巨頭們也加碼布局智能(néng)織物(wù)。在智能(néng)織物(wù)研發不斷突破，新(xīn)專利頻現的情況下，相信智能(néng)織物(wù)離我們的生活已經不遠(yuǎn)。