製圖：劉廣琛
未來戰場上的纖維“智變”
陳永忠 張敏
你可曾想過，看似輕盈柔軟的纖維，竟是富國強軍的重要戰略資源？隨着納米技術、電子信息技術等一系列前沿技術的發展及運用，如今的智能纖維，能夠靈敏感知外部環境和內部狀態的變化，並做出快速的信息處理和應激反應。一個可以把人體、自然界與虛擬世界“牽線拉媒”的“大纖維”時代即將到來。
信息化戰爭既是高技術裝備之戰，更是高性能材料之戰，即便是普通的紡織纖維目前也已成為僅次於鋼鐵材料的第二大軍需裝備品，是保證部隊戰鬥力的重要基礎。如今，軍事防護服裝對防彈防刺、防電磁輻射、調節温度等提出了較高要求，信息化時代武器裝備的發展也對具備隱身化、低能耗的新型複合纖維材料提出了迫切需求。
“懸絲問脈”不再是傳説
説起纖維，人們一定會聯想到柔韌性極佳的纖細物質。從棉麻桑羅到基本膳食，作為構成物質和生命體基本組成的纖維，早已融入我們的衣食住行。如今，纖維還是那個纖維，但其內涵早已悄然蜕變。就拿《超能陸戰隊》中的機器人“大白”來説，這個外形柔軟卻能經受碾壓摔打的未來機器人，它的“筋骨”其實就是由碳纖維製成的。
如今，能賦予纖維感知和信息處理功能，使傳統織物擁有生命和智能的“大纖維”革命正在到來。所謂“大纖維”，是指在材料、信息、機械、生物、能源等多學科領域交叉融合與技術突破的基礎上，研製出以智能、超性能、綠色環保為主要特徵，可對傳統產業集羣產生顛覆性和革命性改進的新一代智能纖維。一旦這種纖維研製成功，或將成為一種連接人體、自然界與虛擬世界的有機載體，實現“懸絲問脈”也就不再是傳説。
長期以來，人們對於纖維材料在社會經濟和國防安全領域的關注度就從未消減。早在上個世紀50年代，為了解決導彈耐高温、耐腐蝕等技術難題，美國研製出一種黏膠基新型纖維材料。冷戰時期，以碳纖維為代表的新型纖維材料屬於政治敏感材料，西方世界為保持在高技術產品上的領先地位甚至對其採取了禁運，足見其重要的戰略價值。
冷戰結束後，隨着對軍用服裝面料和武器裝備功能的延伸性拓展，以新型纖維為代表的新技術和新材料再次得到各軍事大國的高度重視。德國早在2014年就確立了名為“未來紡織”的國家級戰略項目，將傳統纖維紡織技術與新材料進一步結合打造出全新的產品，甚至還將新型纖維作為工業4.0的“急先鋒”。與此同時，美國也隨即提出“革命性織物和纖維”概念，具備高性能、多功能和智能化的纖維成為產業升級的核心議題。
把智慧“穿”在身上
且不説新型智能纖維對未來武器裝備革新所發揮的巨大效能，單是穿在身上就能測量心率、體温等生命體徵信息以及動作、姿勢等運動信息的智能外衣；可在長途跋涉行軍過程中減重4.5公斤的特殊外骨骼，都離不開智能纖維的“縝密心思”。未來，除滿足防風保暖、美觀舒適等基本需求外，智能纖維材料還將派生出節能環保、智能通信等一系列新功能，真可謂把智慧“穿”在了身上。
智能纖維是一種能對温度、光、電產生感應和信息處理的“智慧”纖維，就如同我們穿在體外的神經纖維一般。人們已經把智能纖維的研究重點集中在儲能、導電、傳感、發光以及纖維骨架混凝土、纖維電機、纖維柔性肌肉甚至植入式器官等諸多領域。目前，已經出現了形形色色的新型智能纖維，它們將在未來深刻改變我們的生活。
在可穿戴設備領域，除了用新型智能纖維取代傳統的電子傳感器件外，人們還嘗試利用智能纖維實現人體與電子設備的直接交流。未來具有諸多功能的智能纖維，甚至可作為設計和生產的工具。既然能用纖維進行溝通交流，那麼它們可以識別聲音嗎？研究人員利用纖維震動採集對應的電子信息，成功研究出了能“聽懂”聲音的纖維材料，以後人們甚至可以直接藉助集成了智能纖維的衣物聽音樂，在戰場上它也將成為單兵作戰系統的重要組成部分。
關於纖維的“智變”還遠不止這些。研究人員目前已經研製出一種能主動感知外界環境並做出相應反應的智能纖維，可以根據環境需要發光發熱甚至變形變色，不僅將為人們日常生活衣物的選擇增添無窮的“色彩”，也可在戰場偽裝中發揮出獨特的作用。此外，智能纖維不僅能發光變色，還可以儲能發電。當然，還有利用帶有黏附功能纖維做成的手套，只要戴上它就可以“飛檐走壁”，變身現實版的“蜘蛛俠”。
新型纖維引發戰場“智變”
雖然新型智能纖維的諸多應用目前還處在實驗室階段，但因物聯網和人工智能在紡織業的應用延伸而備受關注，勢必會掀起一場纖維領域的“智慧革命”。
未來，具備智能感知和信息處理能力的新型纖維或將實現智能纖維與真實世界的有機融合，不僅將深刻改變我們未來的生活，更將引領未來戰爭作戰樣式的“智變”。
現代高技術戰場上的新型常規武器、核生化武器和新概念武器對士兵造成的傷害日益嚴重，防護服裝已成為軍人與戰場上各種傷害因素之間的最後一道防線。隨着軍事技術的發展，人們對防護服裝的要求不僅是單純抵禦嚴寒、酷暑，還要具備防火、防彈、偽裝性能以及抵禦核、生物和化學戰爭等諸多特殊性能。對此，各軍事大國都在積極開展高性能新型纖維研究，以充分適應未來戰爭的作戰需求。目前已經出現包括超高分子量聚乙烯纖維、“蜘蛛絲”高分子蛋白纖維等新型纖維材料，具有強度大、彈性好、柔軟質輕等優良性能，不僅可以作為單兵的防護衣料、頭盔和防彈材料，還可為直升飛機等裝備增加一層“金鐘罩”一般的裝甲防護板。
新型纖維材料的使用不僅能降低重量，還能有效提升隱身效能。目前，已有包括F-22隱身戰鬥機、B-2隱身轟炸機等在內的多種先進戰機，採用新型纖維吸波材料，進而擁有了高隱身、高機動、長壽命等先進作戰性能。可以預見，未來隨着更加輕質高效纖維材料的誕生，不僅可以進一步減輕裝備重量提升作戰效能，還將使單兵作戰負荷得到大幅度降低。
更為重要的是，具備了感知、信息處理甚至是發光發電等功能的新型智能纖維材料，將成為軍事物聯網時代的“弄潮兒”。未來戰場無人感知、電子信息標籤、單兵生命監測等各類物聯網設備皆有可能採用智能纖維作為載體，勢必對未來物聯網軍事應用產生重大影響。