周 燕

（江蘇省紡織工業(yè)協(xié)會(huì)，江蘇 南京 210002）

隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)的深度應(yīng)用，電子信息技術(shù)成為社會(huì)生活中具有普遍影響力的科學(xué)技術(shù)。與此同時(shí)，如何解決“人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾”，成為以時(shí)尚美為使命的服裝行業(yè)需要面對(duì)的共同問(wèn)題。在探索時(shí)尚與科技相融合的道路上，基于電子信息技術(shù)智能服裝的迅速發(fā)展，裝有各種柔性傳感器的監(jiān)測(cè)類智能服裝逐漸成為服裝細(xì)分市場(chǎng)的重要分支之一[1]。電子產(chǎn)品在服裝中的應(yīng)用是服裝智能化的科技基礎(chǔ)，服裝是電子產(chǎn)品人性化的載體，兩者相輔相成、互相提高，日益深入人們的日常生活中。將電子產(chǎn)品如傳感器、通信元件等，通過(guò)一定方法植入服裝后，可以在不影響穿著的情況下賦予服裝信息感知、通信、計(jì)算等能力，兩者的結(jié)合促進(jìn)了電子信息類智能服裝的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了科技和時(shí)尚的融合[2]。本研究在查閱已有電子信息類智能服裝材料、電子信息類智能服裝等相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，從基本定義入手，梳理總結(jié)了電子信息類智能服裝在醫(yī)療檢測(cè)、運(yùn)動(dòng)、休閑娛樂(lè)、軍工等相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用情況，分析了此類智能服裝在發(fā)展過(guò)程中尚未攻克的一些技術(shù)難點(diǎn)，簡(jiǎn)要預(yù)測(cè)了電子信息類智能服裝的發(fā)展趨勢(shì)，旨在為電子信息類智能服裝的研究與開(kāi)發(fā)提供參考。

1 基本定義

1.1 電子信息智能服裝材料

一般來(lái)講，材料科學(xué)的創(chuàng)新性成果是后續(xù)工程應(yīng)用領(lǐng)域創(chuàng)新的基礎(chǔ)，同樣的，適用制作新型服裝的電子信息服裝材料是該類服裝的基礎(chǔ)。電子信息智能服裝材料是指將電子技術(shù)、信息技術(shù)等高新技術(shù)融入紡織服裝產(chǎn)品的高科技材料[3]，如導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電復(fù)合紗（圖1）、光導(dǎo)纖維等。

導(dǎo)電纖維是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20 ℃、相對(duì)濕度為65%）下，比電阻低于107Ω·cm的纖維，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，并能通過(guò)電子傳導(dǎo)和電暈放電來(lái)消除靜電，主要用于消除靜電、吸收電磁波以及探測(cè)和傳輸電信號(hào)等[4]。智能服裝在滿足“智能”的同時(shí)，也應(yīng)保證服用性能不受影響。所以，電子信息類智能服裝要求服裝內(nèi)電子器件的連接導(dǎo)線具備柔韌性及可織性。柔性可拉伸的導(dǎo)電纖維/紗線能夠滿足上述要求，因而有望成為傳統(tǒng)金屬導(dǎo)線的替代品[5]。西南大學(xué)毛翠平等[6]采用浸潤(rùn)-還原方法制備了高導(dǎo)電蠶絲纖維，使蠶絲纖維可以應(yīng)用于未來(lái)的智能服裝中。

圖1 導(dǎo)電復(fù)合紗

光導(dǎo)纖維是一種可將光能封閉在纖維中并使其以波導(dǎo)方式進(jìn)行傳輸?shù)墓鈱W(xué)復(fù)合纖維，亦稱為智能光纖[4]。由于其既可感知信息又可傳輸信息，柔韌性好，且易于加工，近些年來(lái)也廣泛應(yīng)用于智能服裝領(lǐng)域。

上述兩類典型性研究具有普適性的啟發(fā)意義，即如何在傳統(tǒng)的易紡織纖維或紗線的表面或者內(nèi)核進(jìn)行導(dǎo)電性改造，使之能夠在不改變服用性能的基礎(chǔ)上，增加導(dǎo)電性能，進(jìn)而將微電子、電子科學(xué)“嫁接”到服裝領(lǐng)域。

1.2 電子信息類智能服裝

智能服裝一般是指能模擬生態(tài)系統(tǒng)，感知外部及內(nèi)部環(huán)境變化，通過(guò)反饋機(jī)制作出響應(yīng)，且能夠保留服裝固有風(fēng)格和服用性能的服裝[7]，即智能服裝同時(shí)具有感應(yīng)功能和反饋功能。

將無(wú)生命的服裝與人體這一復(fù)雜的生命體進(jìn)行關(guān)聯(lián)和類生物的“對(duì)話”，是電子信息類智能服裝試圖突破和達(dá)到的目標(biāo)。

按照智能化所采用技術(shù)手段的不同，智能服裝可分為功能性材料類智能服裝和電子信息類智能服裝兩大類，后者的實(shí)現(xiàn)主要依托于電子信息智能紡織品[8]。通過(guò)植入或者嵌入的方式，將一些電子器件（例如電源、柔性傳感器、芯片等）與普通服裝結(jié)合，可制成電子信息類智能服裝[9]。電子信息類智能服裝具備采集、分析、監(jiān)控和傳輸數(shù)據(jù)的功能，可以與使用者進(jìn)行交互，種類繁多，功能強(qiáng)大[8]。

2 電子信息類智能服裝的應(yīng)用

電子信息類智能服裝種類繁多，功能復(fù)雜，在運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、醫(yī)療健康、休閑娛樂(lè)、軍工、通信等多個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用，可為穿著者提供生活便利，在特殊環(huán)境下甚至能夠保證穿著者的人身安全。

2.1 運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)

電子信息類智能服裝在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用，主要集中在通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的心率、呼吸頻率等生理指標(biāo)，目的是通過(guò)這些生理數(shù)據(jù)反映穿著者的身體健康狀態(tài)以及運(yùn)動(dòng)效果[10]，此外，還有一些學(xué)者致力于運(yùn)動(dòng)損傷防護(hù)服裝的研發(fā)。近年來(lái)，越來(lái)越多的人開(kāi)始走進(jìn)健身房鍛煉身體，訓(xùn)練項(xiàng)目種類繁多，某些項(xiàng)目如果在缺乏科學(xué)指導(dǎo)的情況下進(jìn)行，極易對(duì)人體造成損傷，如初學(xué)者在進(jìn)行杠鈴硬拉訓(xùn)練時(shí)，極易損傷腰部肌肉。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，李檉安等[11]在綜合運(yùn)用傳感器、數(shù)字信號(hào)處理、軟件算法等技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了一款腰部運(yùn)動(dòng)損傷防護(hù)智能服裝，能夠防止腰部肌肉過(guò)度疲勞。

智能服裝公司Athos開(kāi)發(fā)了一套智能運(yùn)動(dòng)服裝，如圖2所示，這套智能服裝包括一件長(zhǎng)袖上衣和一條彈性健身短褲。服裝中植入了Athos Core小芯片和多個(gè)肌電傳感器，可以監(jiān)測(cè)穿著者身體各部位的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和肌肉疲勞程度等生理數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可通過(guò)藍(lán)牙發(fā)送到用戶的手機(jī)中[12]。Aaron Belbasis等[13]研制了一款可以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)員潛在身體損傷的智能緊身衣，原理是在服裝中置入壓敏電阻材料，測(cè)定穿著者在運(yùn)動(dòng)時(shí)的肌肉活動(dòng)狀況。

圖2 Athos推出的全新智能運(yùn)動(dòng)衣和短褲

2.2 醫(yī)療健康

電子信息類智能服裝能夠應(yīng)用于醫(yī)療健康領(lǐng)域，主要得益于服裝內(nèi)嵌入的各類傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體生理參數(shù)，如體溫、心率、血壓等，能夠預(yù)防、監(jiān)控各種突發(fā)性或長(zhǎng)期性疾病。近些年來(lái)，人們的生活節(jié)奏不斷加快，生活、學(xué)業(yè)等造成的壓力與日俱增，因此，很多人都有飲食不規(guī)律、抽煙、熬夜等不良生活習(xí)慣，導(dǎo)致患高血壓、糖尿病等疾病的概率逐年增加[14]。此外，由于人口老齡化程度不斷加深，獨(dú)居的老人越來(lái)越多，人們對(duì)醫(yī)療健康類智能服裝的需求越來(lái)越高，以便能夠隨時(shí)監(jiān)測(cè)自身身體狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在疾病，以免錯(cuò)過(guò)病情的最佳治療時(shí)機(jī)。

MITSUFUJI纖維工業(yè)公司開(kāi)發(fā)了一種服裝用智能纖維，命名為“AGposs T1”。這種纖維兼具高導(dǎo)電性、耐久性、彈性、伸縮性以及耐洗滌性能，利用該種纖維制成的服裝，可監(jiān)測(cè)人體的心率、血壓、呼吸量等生理信息，從而獲取穿戴者的身體健康狀況。Vivometrics公司推出了一款“救生襯衫”，這款襯衫中嵌入的傳感器能夠監(jiān)測(cè)人體皮膚溫度、呼吸頻率等30多種生理數(shù)據(jù)指標(biāo)[15]，可以使用掌上電腦記錄這些數(shù)據(jù)，極大地提升了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的全面性，有利于疾病的發(fā)現(xiàn)和預(yù)防。

2.3 休閑娛樂(lè)

休閑娛樂(lè)類智能服裝能夠加強(qiáng)人與服裝的交互性，提升服裝的趣味性。飛利浦公司曾研發(fā)出一種智能夾克，這款?yuàn)A克衣領(lǐng)上裝有立體揚(yáng)聲器，能夠播放音樂(lè)，播放裝置體積較小并且能夠拆除。通過(guò)改變領(lǐng)型，穿著者可以改變音樂(lè)的播放方式，如獨(dú)自欣賞或者與人分享；夾克面料內(nèi)嵌有天線，可進(jìn)行收音、接聽(tīng)電話以及下載音樂(lè)等[16]。根據(jù)夜間騎行愛(ài)好者的需求，荷蘭科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一款可以連接手機(jī)的智能騎行夾克，騎行者只要在手機(jī)上設(shè)置好導(dǎo)航路線，智能夾克就可以按照規(guī)劃好的路線導(dǎo)航；在智能夾克的背部還裝有LED顯示屏，通過(guò)LED燈光顏色的改變來(lái)表征騎行者的騎行方向，提醒后方車(chē)輛，保證騎行者夜間騎行的人身安全[17]，減少交通事故的發(fā)生。比利時(shí)的研究人員通過(guò)在服裝內(nèi)襯中置入微電腦芯片，使服裝具有接聽(tīng)移動(dòng)電話的功能，服裝中的傳感器還能感知環(huán)境噪音的大小，自動(dòng)調(diào)節(jié)電話音量[18]。張乃中等[19]研發(fā)了一款能夠演奏音樂(lè)的電子智能服裝：先將導(dǎo)電紗線編織到面料中，制得導(dǎo)電針織面料，再結(jié)合控制芯片和計(jì)算機(jī)編程技術(shù)，使服裝具有演奏各種樂(lè)器的功能，這種虛擬演奏顛覆了傳統(tǒng)的樂(lè)器演奏方式，在某種程度上實(shí)現(xiàn)了“無(wú)實(shí)物”表演。

2.4 軍工領(lǐng)域

軍工領(lǐng)域?qū)﹄娮有畔㈩愔悄芊b的需求十分廣泛，目前，這一領(lǐng)域的研究主要集中在受傷士兵的醫(yī)療救護(hù)方面。將一些電子智能纖維和微型傳感器置入作戰(zhàn)服中，使作戰(zhàn)服具備監(jiān)測(cè)士兵血壓、體溫等生理數(shù)據(jù)的功能，還可以識(shí)別外界的有毒介質(zhì)并報(bào)警，提高作戰(zhàn)服的信息化水平[20]。除此之外，智能化作戰(zhàn)服還能抵御武器、自然環(huán)境、火焰等戰(zhàn)場(chǎng)災(zāi)難對(duì)士兵的侵害[21]。研究人員在襯衣中植入塑料光纖傳感器，使該襯衣能夠探測(cè)士兵心率；光纖斷裂后傳輸信號(hào)會(huì)發(fā)生變化，醫(yī)護(hù)人員根據(jù)這些信號(hào)的變化，就能判斷士兵的受傷部位及受傷程度[22]。除此之外，在服裝中嵌入超微感應(yīng)器，能夠辨別受傷士兵體表出血點(diǎn)，結(jié)合微電腦和遠(yuǎn)程控制技術(shù)，使出血點(diǎn)周?chē)姆b面料自動(dòng)收縮，形成繃帶，能夠起到止血功能[23]，第一時(shí)間對(duì)受傷士兵實(shí)施救援，提高士兵在戰(zhàn)場(chǎng)上的生存能力。

3 電子信息智能服裝發(fā)展的難點(diǎn)

以上各類電子信息智能服裝的研制，在不同的應(yīng)用導(dǎo)向下進(jìn)行了富有價(jià)值的探索。從其創(chuàng)新探索的邏輯思考來(lái)看，“做加法”是出發(fā)點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方式，思維起點(diǎn)是將生命檢測(cè)前移，試圖通過(guò)將成熟的生命體征監(jiān)測(cè)技術(shù)融合到服裝中，實(shí)現(xiàn)對(duì)生命體征數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)讀取與檢測(cè)，進(jìn)而與大數(shù)據(jù)檢測(cè)、疾病預(yù)測(cè)、生命安全警示等傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)、醫(yī)療科學(xué)方面的內(nèi)容相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)服裝由傳統(tǒng)的“保暖”到“保命”的質(zhì)變。該類研究的核心有兩點(diǎn)，一點(diǎn)是生命信息的準(zhǔn)確感應(yīng)，多涉及柔性傳感器的領(lǐng)域；另一點(diǎn)涉及傳輸電路和分析電路的問(wèn)題。前者主要需要解決電信號(hào)傳輸需求與服裝穿用環(huán)境條件之間的矛盾，后者需要確保對(duì)生物電信號(hào)的準(zhǔn)確分析，并確保數(shù)據(jù)分析模型的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。

由于紡織品類柔性材料天然且不具備良好的導(dǎo)電或其他滿足電路設(shè)計(jì)需求的性能，在與生物、電路、微電子科學(xué)相結(jié)合的過(guò)程中，存在諸多需要解決的難題，主要包括3點(diǎn)。

3.1 服裝制作工藝

電子信息類智能服裝的面料在織造過(guò)程中可能會(huì)加入導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電紗線或光導(dǎo)纖維，或者服裝中會(huì)置入一些電子元器件，這些電子信息智能服裝材料的存在會(huì)加大服裝縫制成形的難度。此外，怎樣在不損害服裝美觀性并保證人體穿著舒適性的情況下，將電子元器件植入服裝中，也是一個(gè)尚未完全攻克的技術(shù)難點(diǎn)。

3.2 電子元器件的能源供應(yīng)

盡管目前許多電子元器件變得越來(lái)越微型化、輕質(zhì)化，但仍然需要搭配電池使用，以保證能源供應(yīng)。目前，電池存在續(xù)航能力不足、體積過(guò)大等問(wèn)題，電池體積過(guò)大會(huì)降低智能服裝的服用舒適性能，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，電池還會(huì)出現(xiàn)供電不均勻的現(xiàn)象，使數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確性以及信號(hào)傳遞穩(wěn)定性下降[24]。因此，需要進(jìn)一步提升電池性能，改善電子元器件的能源供應(yīng)。

3.3 跨領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)障礙

電子信息類智能服裝的研發(fā)依托于電子信息類智能紡織品，而智能紡織品是跨領(lǐng)域技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的產(chǎn)品，物理、化學(xué)、生物、材料、電子、信息通信等領(lǐng)域的研究學(xué)者需要緊密合作才能進(jìn)行智能紡織品的研發(fā)。在合作過(guò)程中，如何向不同學(xué)科背景的研究人員詮釋不同的專業(yè)知識(shí)并融會(huì)貫通，是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

4 電子信息類智能服裝的發(fā)展趨勢(shì)

隨著人們對(duì)于品質(zhì)生活的要求日益提高，人們會(huì)更加關(guān)心生命存活的狀態(tài)，對(duì)于能夠反映生命體征、提高生活質(zhì)量的科技產(chǎn)品的需求正在由隱性走向顯性。服裝作為與人體關(guān)聯(lián)時(shí)間最長(zhǎng)、與人體關(guān)系最為密切的產(chǎn)品，天然具有滿足這一需求的優(yōu)勢(shì)。因此，電子信息類智能服裝的研究應(yīng)該關(guān)注相關(guān)需求及其發(fā)展趨勢(shì)，加大科技創(chuàng)新的力度，滿足人們的心理需求。

4.1 功能更加多樣

由于目前技術(shù)尚存在不足之處，大部分電子信息類智能服裝的功能比較單一。隨著相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展與交流，未來(lái)的智能服裝將集多種功能于一體，如一件服裝可兼具運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和休閑娛樂(lè)功能，能夠避免運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的枯燥乏味，提升運(yùn)動(dòng)的趣味性，達(dá)到一物多用的效果。多功能的智能服裝能夠更好地滿足消費(fèi)者的需求，吸引消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)，促進(jìn)智能服裝的商業(yè)化和大眾化。

4.2 更加注重綠色環(huán)保

智能服裝中含有的導(dǎo)電纖維、光導(dǎo)纖維、傳感器、電池等電子設(shè)備如果不能妥善處理，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染，不利于智能服裝的發(fā)展。智能服裝廢棄后，應(yīng)盡可能回收電子設(shè)備中的稀有元器件和金屬材料進(jìn)行循環(huán)再利用[25]。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，未來(lái)在設(shè)計(jì)智能服裝時(shí)，會(huì)盡量選用天然、可降解的原材料減少污染物的排放，也減少智能服裝產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造過(guò)程中對(duì)環(huán)境的破壞。

4.3 服用性能更加完善

服用舒適性能是智能服裝在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中必須要考慮的問(wèn)題，包括選用舒適的面料，同時(shí)服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也要合理，不能影響穿著者的日?；顒?dòng)。電子信息類智能服裝在設(shè)計(jì)制作時(shí)除了考慮服裝款式、結(jié)構(gòu)、面料這些服裝本身的設(shè)計(jì)要素之外，還要考慮基于硬件模塊的電子產(chǎn)品與人體皮膚接觸的舒適性，而且部分電子器件的體積過(guò)大，不適合嵌入服裝中[26]。盡可能減小電子元件模塊的體積與重量，進(jìn)一步研發(fā)可穿戴的柔性電子元器件，是電子信息類智能服裝發(fā)展的趨勢(shì)。

5 結(jié)語(yǔ)

電子信息類智能服裝是目前的研究熱點(diǎn)，作為新興的一類智能服裝，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在醫(yī)療健康、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、軍事領(lǐng)域等都能看到電子信息類智能服裝的身影。盡管我國(guó)在這一方面的研究起步較晚，但隨著紡織服裝行業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、計(jì)算機(jī)行業(yè)等多領(lǐng)域研究成果的結(jié)合，跨領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計(jì)的專業(yè)技術(shù)障礙被打破，越來(lái)越多的電子信息類智能服裝會(huì)被研發(fā)并投入市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化和大眾化，促進(jìn)智能服裝多樣性發(fā)展。