从“缺陷”到特性：可变形生物纤维重塑可穿戴技术边界
2026 年 11 月 13 日
康奈尔大学人为中心设计副教授、混合体实验室（Hybrid Body Lab）主任辛迪·卡奥（Cindy (Hsin-Liu) Kao）及其团队，通过重新审视材料在特定环境下的物理反应，开发出一种名为 AquaWeave 的新型编织织物。这项研究将原本被视为制造缺陷的材料行为转化为设计特征，为可穿戴技术提供了新的可能性。
在早期的实验过程中，研究人员发现海藻线在酸性条件下会出现膨胀，贝类线会延长，而某些凝胶线则会完全解体。起初，这些现象被视作严重缺陷。然而，卡奥指出：“后来我们想，‘也许这可能是一个有趣的效果’。”这种思维转变促成了 AquaWeave 的诞生——一个由生物纤维制成的织物图书馆，其中的管道、圆顶和扩展结构均由溶解后的开口构成，对人机接口产生了深远影响。
卡奥举例说明，假设智能手机具备改变形状的能力，当用户需要按摩时，手机形态可以转变为按摩器。这一概念正成为身体工艺技术领域的研究热点。卡奥致力于扩大可穿戴技术的定义，结合几个世纪以来的编织传统，使设备不仅能贴合佩戴者复杂的身体地形，还能反映其社会和文化身份。
AquaWeave：系统化探索液体激活成形
AquaWeave 研究的主要作者金文朱（Jinwen Zhu）博士目前是加利福尼亚大学戴维斯分校的设计助理教授，也是卡奥的前顾问。相关论文已发表在 ACM 第 39 届年度用户界面软件与技术研讨会（UIST 2026）及在美国密歇根州底特律召开的人与计算机互动会议（CHI）上。
朱表示，该设计菜单并未局限于特定的生物材料或编织图案，而是系统性地探索不同编织结构如何产生不同的变形行为。“这特别令人兴奋，因为它将重点从单个材料演示转移到更广泛的设计空间，为研究人员和从业人员提供了开发自有图案并探索液体激活成形织品新可能性的机会。”
卡奥强调，团队正在思考技术与身体的亲密关系：“我们如何创建这些技术，使其能够反映佩戴者的个性以及我们所处的文化背景？”
SkinLink：模块化构建与未充分探索的身体部位
在混合体实验室中，卡奥展示了可穿戴技术的“乐高积木”式构建方式。她仅用几分钟便组装出一款能紧贴手指、实时追踪手部运动的设备。其他模块可用于制作项链，使佩戴者在俯卧位时感受到振动提示，甚至可制成面部纹身。
这些模块属于 SkinLink 工具包的一部分，旨在简化皮肤电路的创建过程。据卡奥介绍，在与博士生顾品松（Pin-Sung Ku）共同开发 SkinLink 之前，经验丰富的研究人员通常需要数小时才能完成类似设备的搭建。“现在将传感器和执行器组合在一起变得非常容易，无需制造单一的整体设备。”
目前的可穿戴设备多针对手腕设计，但卡奥指出，SkinLink 设备正被应用于手背、背部和大腿周围等常被忽视的身体部位。“我们的大部分工作都在考虑一些未经检查的身体部位。”
古老技艺与现代科技的融合
为了使设备更好地适配复杂的人体部位，卡奥团队经常借鉴古老的手工艺。2018 年，卡奥访问了日本京都一家拥有 1200 年历史的西阵织工坊，目睹第九代织工精湛的技艺，这激发了她将工艺表现力融入皮肤界面的思考。
自 2019 年加入康奈尔大学任教以来，卡奥向纽约特鲁曼斯堡 Luna Fiber 工作室的织艺师学习编织，并结合数字机器编织、适应性编织等技术，将电路集成到皮肤设备中。团队使用了一种名为“西班牙蕾丝”（Spanish Lace）的几百年历史编织技术，该技术能在织物中创造开口，允许关节自由移动，从而提升日常活动的便利性，这是实现皮肤技术可穿戴性的关键因素。
“实际上有七个非常小的印刷电路板，通过三十多个电线连接。这是一个极其复杂的编织过程。正是得益于几个世纪以来的编织模式，我们才能解决人体设备中的这些问题。”卡奥说道。
跨学科合作：艺术家驻留计划
除了技术创新，卡奥还积极寻求与艺术家的跨界合作。自 2021 年起，她一直邀请专注于纹身、化妆、指甲和发型的艺术家进入混合体实验室进行为期两个月的驻留，与学生交流如何将实验室技术整合到艺术实践中。
卡奥认为：“在学术界，人们容易以固定的方式工作和思考。引入 STEM（科学、技术、工程和数学）之外的视角对于身体技术至关重要。”
近期案例包括发型艺术家劳伦·胡克斯（Lauren Hooks）创作的“跳舞头发”，利用绿色冒险金珠和形状记忆合金线圈编织而成；以及纹身艺术家乔·乔治（Joe George）在 2023 年利用实验室技术创造的面部手电筒和黑色加热线圈柔性条带。后者可被操纵成类似纹身的线图，乔治将其视为对传统方形或圆形加热贴片更具艺术性的替代方案，称为“流浪汉印记”风格。
对于 AquaWeave 项目，团队从挪威举行的庆祝 TC2 雅卡德织机 30 周年会议中招募了织工。这种计算机化且手动控制的机床专为快速原型开发设计，使卡奥和学生能够编织复杂的电路、电线和可生物降解线。
“这对于原型制作和尝试新奇事物来说要快得多。”卡奥表示。团队首先测试并描述了每种材料的特性及其变形条件，随后创建参数和原型以优化材料使用。织工们利用这些生物纤维的特性，如海藻线的膨胀趋势制造带状纹理，或利用织品的弯曲倾向创建图案，甚至制作出中层为生物材料、变形后内部结构可见的三层织物。
朱补充道：“在现有的水基编织实践中，这种熟悉感使得液体激活感觉像是现有实践的自然延伸，而非全新的互动形式。它展示了液体激活作为生物综合织品直观执行机制的潜力。”
卡奥总结称，这种跨学科交流不仅让外界看到对生物材料创造性研究的成果，也让团队从艺术家身上学到许多，共同推动领域向前发展。
参考文献：
Jinwen Zhu et al., AquaWeave: Weaving Liquid-Activated Shape-Shifting Bioyarns, Proceedings of the 39th Annual ACM Symposium on User Interface Software and Technology (2026). DOI: 10.1145/3830398.3830607
