光学青年魏磊副教授:我希望能实现可穿戴的AI智能织物

2020-05-09中国激光微信公众号(ID:optics1964)人物青塔

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摘要:我希望能实现真正的日常可穿戴智能织物,而且与人工智能(AI)相结合,使智能织物具有强大的数据处理和分析能力。
本期嘉宾:
魏磊,新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院副教授。2005年本科毕业于武汉理工大学,2011年博士毕业于丹麦科技大学,2010-2014年在美国麻省理工学院做博士后研究,2014年加入新加坡南洋理工大学电气与电子工程学院任南洋助理教授,2019年升任副教授,2018年起任南洋理工大学光纤技术研究中心主任。主要从事光纤传感、可穿戴纤维状电子器件、生物光纤交互、纤维内能量的产生和收集等方面研究。
您目前的研究重点是什么?
我目前主要研究多功能纤维。它利用以热拉制为核心的工业生产方法把具有不同的电子、光电子、机械、流变学和声学特性的功能材料与光纤相结合,可将光纤的应用扩展至各个领域。例如,实现基于纤维的光电子器件、复合材料纤维、生物光纤交互、能量的产生和收集、调节温度、监测健康和认知大脑等功能。
其中的一些基础科学也为许多研究领域提供了巨大的机会,包括材料加工、原子层面的结构控制和性能优化、不同物理和化学性质材料的结合、流变学和界面科学以及多功能耦合。目前就传感而言,我们已经基本实现了基于纤维的“五感”:视觉(光电纤维)、听觉(声感纤维)、触觉(压感和摩擦电纤维)、嗅觉(电子鼻)和味觉(人工舌纤维)。
这些成果有可能从根本上改变我们对纤维的观念,同时随着电子设备从刚性向柔性可拉伸结构演变,纤维形状的智能织物将能够无缝地融入到我们的日常生活中。
研究这一领域的问题,最令您激动的是什么?
最令人激动的是越来越多纤维领域的技术与通讯、传感、能源、人造肌肉、3D打印、医疗保健、神经科学、纳米科学和先进制造等领域技术的结合,碰撞出了新的机遇和挑战。例如,纤维与神经元有许多共同之处,基于光纤的神经接口使得在神经元和电子通信网络之间建立了一种新的交互方式,为脑科学和精准医疗提供了新的思路。
所有科研经历中,哪一段对您的科研工作影响最重要?
是我在麻省理工学院从事博士后研究的那段时间,我不但第一次接触到了多功能纤维,而且从我的导师们(Yoel Fink教授和John Joannopoulos教授)那里学到了如何独立研究和规划自己的科研生涯。这段时间里,通过课题组的不懈努力,我们首次实现了基于金属-半导体-金属架构的全功能纤维内光电器件,并且提出了在纤维和织物中实现类似于“摩尔定律”的发展前景,为智能织物的下一个前沿奠定了基础。
就您目前的研究领域而言,您最希望看到哪一方面的问题能有所突破?
我希望能实现真正的日常可穿戴智能织物,而且与人工智能(AI)相结合,使智能织物具有强大的数据处理和分析能力。其中的一些关键问题和挑战包括:(1)纤维制备工艺与现有的电子技术不相容;(2)可集成到热拉制平台的功能材料有限;(3)材料结构与性能相互作用的研究刚刚起步;(4)实现复杂的功能,例如:传感-分析-制动在纤维层面的融合;(5)纤维内材料微观结构的精准控制。纤维目前正从单一功能、单一材料逐渐发展成具有复杂结构和功能的高度集成电子产品,特别是和传统织物的结合,可能会彻底改变现有的纺织技术和工业。
是什么让您决定成为中国激光杂志社青年编委?
中国激光杂志社被誉为“光电行业的风向标”,青年编委会的成立构建了非常良好、活跃的学术平台,促进了青年科学家的交流与互动,所以我想积极的贡献自己的力量。
您最关注中国激光杂志社的哪本期刊,您认为这本期刊的特色是什么?
我最关注Chinese Optics Letters。我主要从事光纤及功能纤维的研究,所以我经常关注Chinese Optics Letters上关于光纤光学,纳米光学和光电子等方面的最新研究成果。而且Chinese Optics Letters的时效性很强,能以最快速度全方位报道国内外光学领域中的最新理论研究、科技成果和创新技术,对我的研究有很大的帮助。
代表性论文:
  1. J. Zhang, Z. Wang, Z. Wang, T. Zhang, and L. Wei, In-fibre particle manipulation and device assembly via laser induced thermocapillary convection, Nature Communications 10, 5206 (2019).
  2. Q. Zhang, C. Li, Q. Li, Z. Pan, J. Sun, Z. Zhou, B. He, P. Man, L. Xie, L. Kang, X. Wang, J. Yang, T. Zhang, P. Shum, Q. Li, Y. Yao, and L. Wei, Flexible and high-voltage coaxial-fiber aqueous rechargeable zinc-ion battery, Nano Letters 19, 4035-4042 (2019).
  3. T. Zhang, K. Li, J. Zhang, M. Chen, Z. Wang, S. Ma, N. Zhang, and L. Wei, High-performance, flexible, and ultralong crystalline thermoelectric fibers, Nano Energy 41, 35-42 (2017).
  4. L. Wei, C. Hou, E. Levy, G. Lestoquoy, A. Gumennik, A. F. Abouraddy, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Optoelectronic fibers via selective amplification of in-fiber capillary instabilities, Advanced Materials 29, 1603033 (2017).
  5. A. M. Stolyarov, L. Wei, O. Shapira, F. Sorin, S. L. Chua, J. D. Joannopoulos, and Y. Fink, Microfluidic directional emission control of an azimuthally polarized radial fibre laser, Nature Photonics 6, 229-233 (2012).

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本文转载自:中国激光微信公众号(ID:optics1964)。文章为作者独立观点,不代表青塔立场,转载请联系原作者。

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