活性折纸结构织物（AFO）能在外界刺激下实现可逆形变，在智能纺织品和软体机器人等领域展现出独特优势。当前主要挑战在于复杂AFO结构的精确控制与规模化生产。本研究提出了通过数字化刺绣磁性纱线实现AFO的策略，即通过纺织工程技术规模化制备了兼具高磁导率、机械强度和柔韧性的磁性纱线，并采用数字化刺绣技术将其编程为预定义的折纸结构图案，构建出功能稳定的AFO。制备的AFO在磁场作用下可实现表面粗糙度调控、线性致动和动态热管理等多种功能，为可穿戴设备和智能结构等应用提供了创新解决方案。

  2025年6月17日，文章以“Active Fabric Origami Enabled by Digital Embroidery of Magnetic Yarns” 为题发表在Advanced Materials上。文章的第一作者为李海琼硕士，通讯作者为蒲俊宏博士。文章通讯单位为香港理工大学智能可穿戴系统研究院、香港理工大学时装及纺织学院。

可刺绣磁性纱线的制备

  基于羰基铁粉(CIP)的高磁导率及低矫顽力和高密度聚乙烯(HDPE)的优异纺丝性能，通过熔融共混技术制备将HDPE与CIP复合，通过优化工艺参数成功制备出高填充量（70 wt.%）且可纺性良好的磁性复合材料。采用熔体纺丝与后拉伸工艺提升纤维力学性能，随后将四根磁性纤维加捻成纱，并经热定型处理获得最终磁性纱线。该磁性纱线具有良好的可加工性，可直接通过数字化刺绣机缝制到织物基底上。这种可刺绣磁性纱线为开发智能纺织品提供了关键材料基础。

图一大规模生产可刺绣磁性纱线及其用于制备数字化刺绣图案

磁性纱线的各向异性行为

  制备的磁性纱线具有明显的磁各向异性，平行和垂直于其长度方向的磁化曲线不同，饱和磁化强度达120.5 emu g^?1。独立磁性纱线在磁场中与磁场方向以非平行任意角度放置时均受磁扭矩作用，最终纱线与磁场对齐，此时纱线在所处磁场中磁能达最小值。

图2 磁性纱线的磁化曲线及其驱动

磁性织物铰链的折叠机制

  通过数字化刺绣磁性纱线制备了磁活性织物铰链作为折纸结构织物的基本工作单元，由两块对称的矩形磁性织物（间距3mm）集成在聚酯布基底上。在垂直磁场作用下，磁性织物产生的磁矩使铰链能在窄磁场范围（0-275 mT）内实现大角度折叠（20°-151°），实验与有限元模拟结果高度吻合。该铰链结构经多次洗涤后仍保持折叠性能，并在1000次连续驱动疲劳测试中表现稳定。

图三磁活性织物铰链结构及其驱动性能

磁性AFO

  基于具有优异折叠性能和耐久性的磁活性织物铰链，构建了多种可编程变形的磁驱动AFO。首先，设计了经典的Miura-ori结构的AFO，由九个特定排列磁性纱线的磁活性织物单元组成，在交变垂直磁场作用下在展开与折叠结构间可逆切换，导致织物表面粗糙度随磁场强度（0-345 mT）在1.25 mm至1.88 mm范围内连续变化，其对应特征顶点角的范围为118°至81°。其次，设计了基于Kresling折纸的管状线性致动器，其在磁场驱动下可从25 mm压缩状态展开，产生15 mm轴向位移。此外，还构建了仿生3D花朵AFO，在350-0 mT磁场调控下实现从花蕾到绽放的动态模拟。

图四磁性AFO结构的设计及其驱动性能

活性间隔织物的热管理调控行为

  该研究进一步设计了具有三维结构的磁活性间隔织物，通过在两个非磁性织物之间采用鞭缝线迹工艺缝合磁性织物面板，构建织物摩擦铰链。该间隔织物能在无外力作用下保持稳定的立/倒形态，并通过磁场实现立/倒形态快速切换（~0.2秒），无需持续施加磁场，单次驱动切换能耗仅55.76 J。热管理测试表明：在60℃恒定热源条件下，磁活性间隔织物立态（15mm厚度）时，通过滞留空气层实现76.05×10^?3 Km2W?1热阻，顶层织物表面温度为28℃；而在倒态（3mm厚度）时，热阻降至36.59×10^?3 Km2W?1，顶层织物表面温度为45℃。通过形态切换，热阻可动态调节2.1倍。相较于传统温度/湿气/电热响应织物数秒级的响应速度，该设计兼具快速响应和稳态节能特性，且具备耐水浸性能，为可穿戴动态调温服装和智能隔热纺织品提供了新方案。

图五立/倒可切换的活性间隔织物的结构及其热调控性能

  本研究通过数字化刺绣技术将磁各向异性纱线集成到织物中，开发出磁场控制的可逆折叠的AFO。设计和展示了如Miura-ori结构、Kresling管状线性致动（行程15 mm）和3D仿生花朵。特别地，设计的活性间隔织物可在约0.2秒内实现立/倒状态切换，展现出2.1倍热阻可调性和，为动态个人热管理（如自适应服装）提供了创新解决方案。另外，磁性纱线的规模化制备与折纸纺织技术的结合，拓展了磁性纺织材料和结构其在柔性机器人、可穿戴设备及自适应结构中的应用潜力。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202503948