近日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）发表了一项来自香港理工大学的研究成果：一种能够对磁场方向与大小做出精准反应的“向量刺激响应磁流变纤维材料”，实现了布料在磁场下的定向弯曲、硬化、剪切与线性运动。该技术有望应用于智能服装、软体机器人、可穿戴触觉设备等领域，标志着智能纺织品从“感知”迈向“响应”。

该研究由陶肖明教授与蒲俊宏博士领衔完成，于11月5日在线发布。

什么是“向量刺激响应”？

我们生活中常见的智能材料，大多能对温度、湿度、电压等“标量”做出反应，比如热胀冷缩、湿了变形。而“向量”是指带有方向的物理量，例如磁场的方向。这项研究的突破之处在于，纤维材料不仅能感知磁场的强弱，还能识别其方向，并做出对应的弯曲、拉伸或硬化动作。

具有矢量刺激响应功能的 MR 纤维材料示意图

从纤维到织物：

一场多层次的“磁感”设计

研究团队首先面临两大难题：一是如何制造出既柔软又富含磁性颗粒的纤维；二是如何让这些纤维在织成布料后，依然保持高效的反应能力。

他们选用了低密度聚乙烯（LDPE）作为“骨架”，掺入高达70%重量的羰基铁粉（CIP）作为磁性来源。通过类似“拉面”的熔融纺丝工艺，配合高速拉伸，最终制造出直径仅57微米，却兼具柔韧性与强磁响应的复合纤维。

这些纤维再经过加捻、热定型，成为一根根“磁感纱线”。实验显示，一根10毫米长的纱线，在磁场作用下可以举起相当于自身重量185倍的重物，弯曲角度可控，硬化程度可调高达30倍。

布料也“有感觉”：

能通风、能抓取、能模拟触感

研究人员进一步将这些纱线织成两种智能布料：平纹织物与割绒织物。

平纹织物像一张灵活的网，能在磁场中弯曲，产生线性运动，可用于制作主动通风面料。研究人员将其做成一个“通风模块”，在磁场驱动下周期性开合，调节湿气透过率，未来可应用于智能服装，实现动态调温调湿。

平纹织物

割绒织物则像一块柔软的地毯，表面立着无数微小磁纤。在倾斜磁场中，它们能整体剪切移动；在垂直磁场中，则能整体变硬。研究人员用它制作了一款自适应抓取器，能轻柔地抓起豆腐、活虫、薯片等易碎物品，而不会造成损伤。

割绒织物

更令人惊叹的是，团队还开发了一款无线触觉指套。戴上后，通过远程控制磁场，指套能模拟出不同布料的“柔软感”与“光滑感”，仿佛指尖真实触摸到不同材质的织物。这对于远程购物、虚拟试衣，甚至远程手术培训都具有潜在价值。

无线触觉指套

智能纺织品的“向量时代”

这项研究不仅实现了从“标量”到“向量”的智能材料跨越，更展示了如何将传统纺织工艺与先进材料科学结合，打造出真正实用、可量产的新型智能纺织品。

“我们的工作为智能纤维材料的设计提供了一套完整的工程指南，”论文通讯作者蒲俊宏表示，“从纤维到纱线，再到织物，每一个层级都可以被精确调控，从而实现以往难以企及的动态功能。”

或许不久的将来，我们会穿上能自动调节温度的衬衫，使用能轻柔抓取水果的机器人手套，甚至在虚拟世界中“摸”到一件衣服的真实质感。这一切，都源于这一把能感知方向的“磁性纤维”。

编辑：吴欧

论文信息

发布期刊Nature

发布时间2025年11月5日

论文标题 Vector-stimuli-responsive magnetorheological fibrous materials

(DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09706-4）