纳米技术衬衫助力印地赛车冠军获胜

周六，托尼·卡纳安 (Tony Kanaan) 驾驶他的 10 号赛车，在沃斯堡德克萨斯赛车场举行的印地赛车凡士通 600 大赛中力争胜利。他将驾驶重达 1,570 磅的金属，由 675 马力的发动机驱动，以高达 225 英里/小时的速度行驶。

这会让一个人汗流浃背——尤其是在产生 5 G 力的转弯处，开轮式 IndyCar 的车手通常彼此轮胎相距几英寸，最轻微的碰撞都可能使你的车像火箭一样飞上天空。（这让闭轮式 NASCAR 世界看起来就像小孩子的游戏，在闭轮式 NASCAR 中，打滑通常是最令人头疼的问题）。在这种情况下，最轻微的肌肉抽搐可能意味着大获全胜和被击飞之间的差别。

因此，在紧张的驾驶舱中，卡纳安对所穿的衣服非常讲究，因为他要花两个小时全神贯注地工作。除了常规的防火服，本赛季他还穿了一件赛车手从未穿过的衣服：一件带有导电纳米纤维的衬衫。它可以测量他的呼吸、心率，甚至握住方向盘时的肌肉紧张程度。在赛车界，没有坏的东西是不会修的，采用可穿戴传感器技术是一件大事。“我们不太信任行业外的任何人，”卡纳安的助理工程师、监控他的赛车（现在也监控他的衬衫）的布莱恩·韦林 (Brian Welling) 说，“让我们使用这个东西，真是太成功了。”

NTT Data 是一家全球 IT 公司，赞助了 Kanaan 的 Chip Ganassi Racing 赛车。该公司设计了一件名为 Hitoe 的 T 恤，以帮助 Kanaan 超越竞争对手。Hitoe 会实时显示 Kanaan 的团队何时过度紧张、他超过竞争对手时压力水平上升了多少以及他的心率何时上升（例如在警告旗下进站时），从而帮助 Kanaan 提高成绩。

“从来没有人研究过赛车手在比赛期间的心率和肌肉疲劳，”2013 年印地 500 冠军、在 19 年的印地赛车生涯中保持着 249 次连续发车的纪录的卡纳安说道。“如果我能实时了解这些情况，我就能更好地控制它们来帮助我驾驶。我还可以定制我的锻炼计划，以改善我的心率和下半身的力量。”

Hitoe 的名字来自日语，意为“没有衬里的和服”，它没有电线。它使用带涂层的纳米纤维编织在一起，使其具有导电性。导电织物充当心电图和肌电图传感器。这种织物缝在托尼的阻燃 Nomex 衬衫上，通过生物电信号记录他的心率和肌肉紧张程度。

这件 T 恤背后的故事同样令人印象深刻。这项技术的发明者 Shingo Tsukada 在日本厚木的 NTT 实验室工作。作为一名神经科学家和医生，Tsukada 的研究始于寻找制造神经假体的方法。他想制造一个可以插入大脑的微型电极。为此，他探索了通过细针传递电信号来重新连接受损的人类神经的方法。但他发现，针会引起炎症并破坏周围的脑组织。因此，Tsukada 决定制造一种模仿人体自身组织的织物。他用丝线开发出一种坚固的材料，可以用作电极，记录神经信号。这本身就是一项突破。

但 2011 年 3 月 11 日，一场 9 级地震袭击了日本东北部，地球自转轴发生了偏移，就像陀螺上的拇指一样，一天的时间缩短了大约一微秒。不到一小时后，第一波海啸袭来。海啸高达 128 英尺，导致福岛三座核反应堆的电力供应中断，三座反应堆的堆芯在几天内全部融化。除了因地震和海啸而死亡的 15,000 人之外，还有超过 100,000 人被迫撤离核辐射区。

“海啸过后，我们的实验室不得不关闭数周，我的神经科学研究也不得不停止，”Tsukada 说道。他工作的医院不得不重新安置许多患者。在这场悲剧中，他说：“我注意到这种材料对于远程监控很有用。所以我尝试手工制作一件 T 恤，”以帮助那些无法亲自见到患者的医生。这就是 Hitoe 的最初原型。

如今，Hitoe 是由纳米纤维制成的。Kanaan 在训练时穿着的商用版本厚度为 700 纳米（普通 T 恤的厚度为 15,000 微米）。密集的纳米纤维织物增加了与身体（即皮肤）的接触面积，从而提高了传感器织物的信号质量，相比其他基于微纤维的监测设备而言。这件 T 恤（由于密度高，因此非常坚固，可以清洗 100 多次）看起来就像一件吸湿排汗的运动衫——不过，就 Kanaan 的赛车版本而言，它具有阻燃性，符合 IndyCar 联盟标准。

本赛季，卡纳安在比赛和训练中穿着这件球衣，我们已经获得了许多令人惊讶的见解。“我们为托尼建立了一个仪表板，”NTT Data 信息管理和分析总监 Mayank Gandhi 说。例如，当托尼掌舵时，他必须支撑身体以抵消转弯时的重力，这种重力可能高达 5G。威灵解释说，“我们有 GPS，这些家伙还创建了轨迹图。你可以稍后分析加速度，并将其与球衣分析结合起来。”其中一个更大的发现是，当卡纳安转弯时，他会屏住呼吸约两秒钟。“你可以将横向 G 力与车手屏住呼吸联系起来，”威灵说。缺氧和支撑身体的压力会显示在肌电图数据上——如果数据变得模糊，就表明疲劳加剧。

分析数据对 Welling 来说并不是什么新鲜事，Kanaan 的赛车底盘上安装了大约 50 个传感器，可以跟踪各种指标，例如空气动力学平衡和制动压力。但就连 Welling 也对 Hitoe 印象深刻。“他们有一个传感器，它告诉他们十种不同的信息，”他说。“显然，人体比赛车更难理解。”

“我希望了解的是，”卡南说，“在两小时的比赛中，我的平均心率是多少？肌肉疲劳，以及它对你的影响。”他希望定制他的场外锻炼（他的 Hitoe 运动衫也能监测他的姿势），以更具体到他需要加强的肌肉。

Tsukada 认为他的 Hitoe 技术有各种各样的潜在应用。例如，对于出院回家的病人，像这样的可穿戴技术可以帮助医生远程监控他们的生命体征。许多将人们置于危险境地的职业也可能受益，比如跟踪飞行员和长途卡车司机。换句话说，它可能有助于防止撞车事故。与物联网不同，Tsukada 说：“人类感知很困难，因为人体信号非常不同。能够在危险情况下通过直接监控记录这些信号将有助于我们检测风险。”换句话说，它可能有助于在撞车事故发生前阻止撞车事故。

这也是卡南所希望的。“作为一名赛车手，你不想在车上添加东西。但是，当他们解释了他们想在未来的患者身上使用它们的原因，帮助人们避免在医院呆太久，过上更好的生活时，我就很感兴趣。”

Lois Parshley 是一名自由记者和摄影师。在 Twitter 上关注她 @loisparshley。

本文发表后进行了更新，修正了衬衫的厚度（从 700 微米到 700 纳米）和洗涤次数（从“超过 700 次”到“超过 100 次”）。