桑盼盼, 沈雷, 謝展
(江南大學 生態(tài)紡織教育部重點實驗室,江蘇 無錫 214122)
服裝不僅是被動地包裹人體,服裝與人體的互動完成了生理環(huán)境的調(diào)節(jié)(溫度、濕度、壓力和心理因素)并使之漸趨改善[1]。服裝安全功能構(gòu)建包括服裝本體款式、色彩、面料、工藝的物質(zhì)安全和服裝虛擬審美、價值的精神安全。網(wǎng)絡時代的智能化安全服裝,或稱網(wǎng)絡時代的安全性智能服裝,是以服裝為載體,集成傳感技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的新型服裝。
以穿戴者安全為核心的創(chuàng)新是安全性服裝發(fā)展的靈魂。智能化是安全性服裝的發(fā)展趨勢之一,而智能化又集中體現(xiàn)在應用創(chuàng)新。文中基于網(wǎng)絡時代,小型個人移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下展開的智能安全服裝構(gòu)想與研究進行分析,以期將安全性服裝研究和應用通過更人性化的方式深入到人們?nèi)粘I钪小?/p>
國內(nèi)外關(guān)于智能化安全服裝的理論研究集中在功能服裝和智能服裝領(lǐng)域。安全服裝與防護服裝、智能服裝等概念有部分的交叉,甚至在某些應用環(huán)境下功能互通,但安全服裝更關(guān)注用戶具體穿著環(huán)境中安全因素的顯性或隱性作用。同時,國內(nèi)外眾多企業(yè)、組織機構(gòu)及專家學者通過合作,共同致力于安全性服裝的設(shè)計研發(fā)及其市場化,出現(xiàn)了一批具有代表性的產(chǎn)品,然而其產(chǎn)品都處于小批量試銷,并沒有形成規(guī)模??紤]安全性服裝與功能服裝在某些方面具有一定的共通性,因此通過對比列出并說明安全要素的意義。
2005年,RIENZO M等[2]開發(fā)用于人腦電波監(jiān)測的 Mag IC系統(tǒng)原型。在棉/萊卡混紡面料T恤衫胸圍下固定導電纖維制做的柔性電極來監(jiān)測心率,信號接收與轉(zhuǎn)換裝置位于右側(cè)縫,以無線傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)原型為生理信號監(jiān)測產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計提供了思路。荷蘭埃因霍溫科技大學電氣工程學院ACT Lab(行動與環(huán)境識別技術(shù)研究小組)研究可穿戴技術(shù)和移動技術(shù),重點是信號處理、模式識別和機器學習技術(shù)[3]。2016年,賀洋等[4]認為智能化、安全化可滿足人們對服裝的高層次要求,是近年來服裝設(shè)計的發(fā)展趨勢。其團隊在分析國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,選取嬰兒汗巾作為設(shè)計對象,以溫濕度監(jiān)測功能為出發(fā)點,從技術(shù)工藝、材料、結(jié)構(gòu)造型、色彩圖案 4個維度進行設(shè)計,實現(xiàn)了科技與時尚的融合,滿足人們對智能化嬰兒紡織品的需求。
意大利時裝設(shè)計師馬烏羅斯·塔里阿尼利用形狀記憶纖維研制出了一款“懶漢襯衫”,它袖子的長度能隨溫度變化,還可根據(jù)人體的排汗狀態(tài)改變廓形[5]。日本東邦人造纖維公司制造出了一種溫敏變色泳衣,可在遇水后產(chǎn)生多種顏色變化,給人以美的感官感受[6]。香港理工大學研制出了一種導電柔性織物傳感器,織物的表面具有 ppy聚合物涂層,將其縫于服裝的關(guān)節(jié)部位,便做出一款可配合演員舞蹈動作發(fā)出音樂聲的“跳舞衣”[7]。
美國MIT在2014年發(fā)布可穿戴的書籍——Sensory Fiction,其配置的傳感器和制動器能夠模仿出小說中人物的情感和生理狀態(tài)[8]。同年,美國卡內(nèi)基梅隆大學Vibrado Technologies設(shè)計出智能袖套,可為運動員指導動作,幫助他們找出更好的投籃姿勢[9]。加拿大多倫多大學研制FuelWear,裝配有一個智能恒溫系統(tǒng),專為對抗嚴冬。一家專注“量化辦公場所”名叫Sociometric Solution 的公司,要求員工必須佩帶內(nèi)置感應元器件的工作姓名牌,研究人員根據(jù)感應器獲得佩戴者的行走路線或者言談語氣來判斷工作場所人際間的社交活動[10]。英國蒙特利爾大學以及倫敦大學研究的智能情緒感知衣物,集成生物傳感器,監(jiān)測和傳送生理數(shù)據(jù)到互聯(lián)網(wǎng),能夠通過反饋機制對人體情緒進行感知及安撫[11]。英國帝國理工大學研究了智能病患外套,當患者受傷時,受傷部位會形成紅色的花瓣塊,花瓣塊的顏色越深,說明受傷越嚴重。西班牙卡洛斯三世大學通過研究支持無線測量人體體溫、心率的傳感器,讓醫(yī)院實現(xiàn)更好的病患監(jiān)控[12]。日本東京大學教授研制的一款智能尿布,內(nèi)置曲面?zhèn)鞲衅鳎b有可印制的有機電路,能夠感應濕度、溫度和壓力的變化;并且它配備一款專用app,能通過無線技術(shù)與智能手機等智能設(shè)備連接,將感應到的信息發(fā)送給接收者;此外,該款智能尿布采用無線充電技術(shù)[13]。該大學研究的隱形衣利用視覺偽裝起到隱身效果。隱形衣由回射性物質(zhì)構(gòu)成,具體做法是在衣服上涂一層回射性物質(zhì),同時還配備裝有可彎曲、皮膚形態(tài)、超薄、有機電路的攝影機,它只有食品包裝紙厚度的1/5,比羽毛還輕[14]。日本駐波大學研發(fā)的“代理眼鏡”可穿戴智能設(shè)備,能幫助佩戴者在不同場合表現(xiàn)出所需要的眼神和情緒?!按硌坨R”內(nèi)含一款傳感器,該產(chǎn)品原型由大阪電氣通信大學的Masafumi Matsumura開發(fā),能感應到人笑、說話或咳嗽,還能監(jiān)測人是否跌倒起不來[15]。韓國科學技術(shù)院通過溫差發(fā)電原理設(shè)計出新型發(fā)電機,具體做法是將輕薄又有彈性的材料通過特殊工藝打印到專用的玻璃纖維布料上,以此突破熱電發(fā)電機的體積限制[16]。
國外對應用于服裝的網(wǎng)絡技術(shù)研究相對較為成熟,歐美國家的高校研究和企業(yè)產(chǎn)品應用范圍廣泛。物聯(lián)網(wǎng)應用領(lǐng)域的擴展方向之一是可穿戴設(shè)備,實時定位設(shè)備和智能化的手環(huán)與手表,以及服裝中的微型傳感器等可穿戴設(shè)備,慢慢改變?nèi)藗兊纳罘绞?。從理念上,物?lián)網(wǎng)讓人們“想起來就很美好”。但實際情況中,物聯(lián)網(wǎng)可穿戴發(fā)展并不理想,一個重要原因便是上述可穿戴設(shè)備案例中體現(xiàn)出來的碎片化特征,阻礙了其與日常生活的有效聯(lián)結(jié)。
未來國外的研究將會向網(wǎng)絡化、舒適化、健康化等方向發(fā)展。智能化安全服裝應不斷提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性,更多地關(guān)注服裝本體和環(huán)境的交互作用,更加全面地了解市場需求,逐漸從原來的“以技術(shù)為中心”轉(zhuǎn)化為“以用戶為中心”的產(chǎn)品研發(fā)模式。打破服裝設(shè)計與工程和其他學科之間的壁壘,加強多學科的交叉合作,體現(xiàn)智能化安全服裝和人體交互作用的影響。
實用化的無線網(wǎng)絡技術(shù)給曾走進牛角尖的智能化服裝設(shè)計與研制帶來嶄新的方向。麻省理工的實驗設(shè)計人員以研究和開發(fā)低成本和小體積的無線網(wǎng)絡設(shè)備著稱[17],其通過微型模塊技術(shù)和無線技術(shù)的集成,開辟了設(shè)計智能化安全服裝新的研究方向。智能化服飾以微型計算機元件為中央處理器,內(nèi)置于服裝和小飾品等多個載體中,并通過網(wǎng)絡技術(shù)與數(shù)字媒體(主要是音樂和視頻資料庫)連接,使其具有視聽功能。
現(xiàn)階段結(jié)合多學科交叉理論的網(wǎng)絡時代智能安全服裝的研究相對較少。江南大學設(shè)計團隊將蘋果公司發(fā)布的低功耗藍牙技術(shù)(專利名稱為iBeacon)作為安全要素引入安全性服裝的設(shè)計中,在積累和分析前期研究關(guān)鍵點的基礎(chǔ)上,通過對電子元件以及服裝安全系統(tǒng)的綜合評價使安全性服裝的研究向前邁進[18]。美國服裝品牌Arrow 推出一款智能襯衫,將 NFC標簽內(nèi)置于袖扣,下載專用的app,就可以發(fā)送電子名片、查看社交帳號資料、打開常用軟件、播放音樂等,讓生活變得更加智能和便捷,非常適合商務人士使用[19]。美國諾貝爾纖維科技公司也研發(fā)了一種智能纖維CircuiteX,可以全天監(jiān)控患者的身體狀況,收集呼吸和心率等數(shù)據(jù)來為患者制定醫(yī)療服務[20]。丹麥Ohmatex設(shè)計公司設(shè)計出一款智能襪子,能夠檢測腿腳水腫,提前預測心臟衰竭和癲癇[21]。
目前,Nike與 NBA 聯(lián)手推出了全新的Connected Jersey球衣系列,其最大特色就是加入了 NFC 芯片,利用耐克的 NikeConnect 技術(shù),球迷可以通過與球衣的互動獲取與 NBA 相關(guān)的資訊,獲得個性化的穿著體驗[22]。2016春夏紐約時裝周,Chromat品牌設(shè)計出兩套智能衣服,分別是Chromat Adrenaline Dress(裙子)和Chromat Aeros Sports Bra(內(nèi)衣)。這兩款服飾的智能化體現(xiàn)在可根據(jù)傳感器收集的生理數(shù)據(jù)特征(心跳、體溫等)進行衣服的變形[23]。Nike和Adidas將AR引入購物模塊,如Adidas現(xiàn)已在巴黎專賣店中使用AR試穿,顧客可用門店的平板連接至AR設(shè)備,腳上的白球鞋就會變換圖案,顧客可自由切換配色[24]。
1)成本。即使是面向小眾使用的安全服裝,其目標群往往面對昂貴的功能化、智能化元件也都會望而卻步。研發(fā)人員需要反思整個生產(chǎn)流程,積極開發(fā)或者試用最具成本效益的可穿戴配件。
2)電源。電源及其管理模塊是基于元件工作的安全服裝不可缺少的一部分。采用無線充電技術(shù)的安全服裝需要使可穿戴設(shè)備能夠在遠距離進行充電,不用考慮插入固定電源充電;而采用能量采集技術(shù)的安全服裝則需使設(shè)備能夠汲取太陽能、熱能來獲得電力。
3)優(yōu)化。安全服裝的功能化、智能化需要解決的難題應該是現(xiàn)有可穿戴設(shè)備的體積、觸感及其安全性等問題。
4)美感。為了實現(xiàn)性能和設(shè)計的完美融合,必須鼓勵工程領(lǐng)域開發(fā)更專業(yè)的解決方案,并積極推動“制造者運動”,使他們以審美眼光設(shè)計開發(fā)出更易獲得的安全服裝。
智能化安全服裝包括組成智能系統(tǒng)的服裝和飾品。按佩戴方式,可以分為頭戴式、腕帶式、背帶式和身穿式4大類。無論是哪種設(shè)備,研發(fā)目標都是在滿足元件預設(shè)功能的前提下,根據(jù)穿戴者生理、心理及使用情境的特殊性,提高產(chǎn)品的便攜性、可穿戴性以及服用性能。目前大多數(shù)智能化安全服裝對外界的感知都是以傳感器為基礎(chǔ)元件的。智能化安全服裝已經(jīng)不僅僅是設(shè)計在服裝的某個部位,隨著傳感器 MEMS 集成化、多功能化和網(wǎng)絡智能化的提升,不同功能的分區(qū)設(shè)計使得智能化安全服裝具備集成更多用途的系統(tǒng),為服裝微環(huán)境和外界環(huán)境信息的獲取、存儲和傳輸提供載體。
通過分析,可以將信息交互方式分為兩大類:①由人體自身行為觸發(fā)的信息交互;②無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。觸摸點擊屬于前者,這種交互方式目前已經(jīng)在某些可穿戴裝備的研發(fā)中得到應用,信息交互的原理主要是通過感知運動形成的元件與人體之間的局部壓力變化,并對其信息進行收集和傳遞。與此類似的,還有手勢、聲音觸發(fā)等信息交互模式,但如何對人復雜模糊的行為語言進行精確解讀,仍然是目前亟待解決的難題,互動模式智能化穿戴裝備的產(chǎn)業(yè)化前景還十分有限。
目前,服裝安全設(shè)計多局限于服裝材料和電線線路的設(shè)計合理性,忽略了時尚與功能的平衡。通過消費者對產(chǎn)品的多維度需求分析,應注意從款式、色彩和工藝3方面探討基于網(wǎng)絡技術(shù)服裝智能安全設(shè)計時尚性和功能性的結(jié)合。
4.3.1款式設(shè)計 款式設(shè)計為服裝搭建基礎(chǔ)框架,明確服裝立體外觀,智能化安全服裝款式設(shè)計在一般服裝設(shè)計的基礎(chǔ)上加入了網(wǎng)絡元件,以此來承載穿戴者更多的信息交流訴求。另外,在安全性服裝的款式設(shè)計上也應當給人一種緊隨潮流的時尚感,在確保美觀舒適的基礎(chǔ)上進行服裝款式設(shè)計。從人體工程學的角度出發(fā),基于分區(qū)設(shè)計原則將網(wǎng)絡技術(shù)元件融合到有效發(fā)揮其功能的服裝部位,并且考慮局部與整體的關(guān)系,設(shè)計出既具時尚美感又可發(fā)揮智能應用的服裝。
4.3.2色彩設(shè)計 色彩對人產(chǎn)生的影響由表及里,通過感官體驗和心理暗示在穿著者身上發(fā)揮作用。從基本的色彩配置法則出發(fā),結(jié)合流行趨勢的色彩重構(gòu)與創(chuàng)新搭配,在建立智能服裝色彩安全氛圍中凸顯人文情感[25]。色彩設(shè)計在服裝安全設(shè)計中也占重要地位。網(wǎng)絡技術(shù)元件在外包裝顏色圖案的選擇上要與服裝本身色彩協(xié)調(diào),在和諧中彰顯安全性,同時兼顧時尚性。具體到智能化安全服裝的個案設(shè)計中,首先要確保其面輔料染色整理的生態(tài)環(huán)保,在此基礎(chǔ)上營造和傳遞出穿著者的情感。如老年人服裝色彩除了常用的灰色調(diào)外,可以選擇明度較低的紫、紅、墨綠、奶黃、咖啡之類,豐富其色彩選擇。
4.3.3工藝設(shè)計 基于網(wǎng)絡技術(shù)的智能服裝安全設(shè)計的展示效果考量著制造商的設(shè)備和人員水平。不能實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的設(shè)計始終是紙上談兵,沒有合適的工藝來實現(xiàn)安全性服裝智能網(wǎng)絡元件和服裝的匹配,那么功能再完善的設(shè)計都是徒勞。元件的耐水洗、低功耗僅是選擇的第一步,在加工過程中要注意元件與服裝整體的貼合,比如PVC材質(zhì)不適合縫紉,可以改成柔性技術(shù)定制材料。
服裝是與人類密切相關(guān)的產(chǎn)品,其功能已突破了原有的溫度調(diào)節(jié)和美化的范疇,在滿足舒適性的基礎(chǔ)上正在走向安全化、功能化和智能化?;诰W(wǎng)絡技術(shù)的智能安全服裝對網(wǎng)絡環(huán)境有較高的要求,一旦遠離或者脫離信號覆蓋區(qū)域,用戶體驗將大打折扣。同樣值得注意的是網(wǎng)絡安全也是必要條件,否則一旦發(fā)生網(wǎng)絡安全漏洞將會直接導致穿戴者的信息被非法收集和利用。智能安全服裝是網(wǎng)絡通信技術(shù)、智能材料設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)和傳感器信號檢測與處理的有機統(tǒng)一體,是嵌入在服裝中的一個復雜系統(tǒng)。未來的智能服裝將會朝著超智能服裝的方向發(fā)展。構(gòu)成服裝硬件的加工參數(shù)和軟件的應用開發(fā)端口與套件中的任意一項完成更新?lián)Q代,都將促使安全性服裝設(shè)計具有更廣泛的應用前景。在未來的智能服裝發(fā)展中必將形成產(chǎn)業(yè)化技術(shù),建成可穿戴設(shè)備的生產(chǎn)線,推動基于智能化安全服裝的衍生型物聯(lián)網(wǎng)服務軟件市場。
參考文獻:
[1] 宋曉霞.彈性針織運動上裝壓力舒適性研究[D].上海:東華大學,2010.
[2] RIENZO M,RIZZO F,PARATI G,et al. MagIC system: a new textile-based wearable device for biological signal monitoring[C/OL]//Applicability in Daily Life and Clinical Setting. 27th Annual International Conference of the Engineering in Medicine and Biology Society.Philadelphia:Institute of Electrical and Electronics Engineers,2005:7167-7169[2017-11-14]. http://dx.doi.org/10.1109/iembs.2005.1616161.
[3] 陳一斌.可穿戴領(lǐng)域,你最應該關(guān)注的人[EB/OL].(2014-05-07)[2017-11-12]. http: //www. ifanr. com/
418140.
[4] 賀洋,方東根,沈雷,等.具有溫濕度監(jiān)測功能的嬰兒汗巾研發(fā)[J].上海紡織科技,2016,44(7):46- 47,57.
HE Yang,FANG Donggen,SHEN Lei,et al.Research and development of baby napkin with temperature and humidity monitoring[J].Shanghai Textile Science and Technology,2016,44(7):46- 47,57.(in Chinese)
[5] LENDLEIN A,KELCH S.Shape-memory polymers[J].Angewandte Chemie International Edition,2002,41(12): 2034-2057.
[6] 佚名.變色龍的啟發(fā)[J].中國科技獎勵,2007(10):45.
Anon.The inspiration of chameleon[J]. Chinese Awards for Science and Technology,2007(10):45.(in Chinese)
[7] 李煜天,繆旭紅.不銹鋼/滌綸纖維導電針織物的傳感靈敏度[J].服裝學報,2016,1(5):450- 454.
LI Yutian,MIAO Xuhong.Investigation of conductive sensitivity of fabric knitted by stainless steel fiber[J].Journal of Clothing Research,2016,1(5):450- 454.(in Chinese)
[8] HEIBECK F, HOPE A, LEGAULT J. Sensory fiction: a design fiction of emotional computation[C]//ImmersiveMe'14 Proceedings of the 2nd ACM International Workshop on Immersive Media Experiences.New York:ACM,2014:35- 40.
[9] CHOI K Y,EO Y R,KIM K,et al. Data transmission textiles for smart clothing using conducting fibers[J]. Fibers and Polymers,2013,14(9):1556-1561.
[10] 佚名.可穿戴領(lǐng)域,你最應該關(guān)注的人[EB/OL].(2014-05-07)[2017-11-12].http://www.ifanr.com/418140?uc_param_str=cpdnvefrpfssntbi.
[11] 范艷蘋,胡克勤,陶仁中,等.智能紡織服裝的發(fā)展現(xiàn)狀與進展[J].染整技術(shù),2017,39(7):1- 6.
FAN Yanping, HU Keqin, TAO Renzhong, et al. Development status and progress of intelligent textile clothing[J]. Textile Dyeing and FinishingJournal, 2017,39(7):1-6.(in Chinese)
[12] 陳會娟,苗長云,高華,等.基于光纖光柵傳感器的人體心率測量技術(shù)研究[J].激光與紅外,2009,39(12):1317-1320.
CHEN Huijuan, MIAO Changyun, GAO Hua, et al. Research on human heart rate measurement technology based on fiber Bragg grating sensor[J]. Laser and lnfrared,2009,39(12):1317-1320.(in Chinese)
[13] SAKR S.Japanese smart diaper is destined to have a lot of crappy days[EB/OL].(2014-02-10)[2017-17-17].https://www.engadget.com/2014/02/10/japanese-smart- diaper/.
[14] 佚名.日本科學家發(fā)明隱形衣讓穿衣者部分隱形 [EB/OL].(2004-06-14)[2017-11-12].http://tech.sina.com.cn/other/2004-06-14/0903375113.shtml.
[15] MATSUMURA M, TANIDA H, TANAKA D, et al. Reconciliation between NQR spectrum and long-range magnetic order in CeRu2Al10[J]. Journal of the Physical Society of Japan, 2011, 80(8):1-2.
[16] RANTANEN J,IMPIO J,KARINSALO T,et al. Smart clothing prototype for the arctic environment[J]. Personal and Ubiquitous Computing,2002,6(1):3-16.
[17] 劉浩,李偉民,李曉麗.無線體征監(jiān)測系統(tǒng)的低功耗調(diào)度方法[J].計算機應用,2012,32(3):839-842,851.
LIU Hao,LI Weimin,LI Xiaoli. Low-power scheduling scheme for wireless physiological monitoring system[J]. Journal Computer Applications,2012,32(3):839-842,851.(in Chinese)
[18] 沈雷,方東根.基于iBeacon技術(shù)的安全性服裝設(shè)計[J].毛紡科技,2015,43(2):48-52.
SHEN Lei,FANG Donggen.Security clothing design based on iBeacon technology[J]. Wool Textile Journal, 2015,43(2):48-52.(in Chinese)
[19] 佚名.智能襯衫來襲,內(nèi)藏NFC標簽[EB/OL].(2016-12-01)[2017-11-17].http://www.tteb.com/newscenter/detail-OA0000-2016120100087.shtml.
[20] 吳茂林.2016年智能可穿戴式設(shè)備的那些事兒[J].通信世界,2016(1):60- 61.
WU Maolin. The business of intelligent wearable devices in 2016[J]. Communication World,2016(1):60- 61.(in Chinese)
[21] MUSANTE G B.The fabric of your drive[J].AATCC Review,2015,15(3):24.
[22] Soar. Nike最新球衣“NBA Connected Jersey”[EB/OL].(2017-09-17)[2017-11-12].http://m.sohu.com/a/192590687_499974.
[23] 佚名.Chromatbra:能隨體溫變形的智能內(nèi)衣[EB/OL].(2015-10-26)[2017-11-12].http://tech.sina.com.cn/q/vogue/2015-10-26/doc-ifxizwsf8850359.shtml? cre=techpc&mod=inf&loc=2&r=u&rfunc=3.
[24] 白雪. 基于AR技術(shù)的兒童交互玩具設(shè)計研究[D]. 北京:北京服裝學院, 2016.
[25] 俞玲玲,金子敏,楊斌,等.圖案色彩可變化的光纖提花發(fā)光織物開發(fā)[J].絲綢,2010,47(5):38- 40.
YU Lingling, JIN Zimin, YANG Bin,et al. Development of fiber jacquard fabrics with changeable pattern color[J]. Journal of Silk,2010,47(5):38- 40.(in Chinese)