李悅霖

可穿戴性是目前最令人興奮和富有挑戰(zhàn)性的領域之一，它正在擁抱智能紡織品和機器人技術等尖端技術?？纱┐髟O備正在廣泛應用于醫(yī)療、工業(yè)、防務、運動等領域，具有廣闊的應用前景。

醫(yī)療

雖然醫(yī)療診斷和治療已取得巨大進展，但醫(yī)療服務的提供并沒有根本改變。患病或嚴重患病的人會咨詢醫(yī)生，并由受過醫(yī)學培訓的專業(yè)人員治療。但這一切都在迅速變化，我們正朝著醫(yī)生和病人相互連接的未來邁進。

可穿戴性是這一趨勢的核心，患者佩戴的設備越來越多地被用于監(jiān)測和24h護理。手術和治療設備也遵循同樣的趨勢，可穿戴連接設備無處不在。根據全球第二大市場研究咨詢公司MarketsandMarkets于2018年1月發(fā)布的一項新的市場研究（按設備、治療、應用、類型、分銷渠道分列的可穿戴醫(yī)療設備市場），預計可穿戴設備市場將從2017年的62.2億美元達到2022年的144.1億美元，年復合增長率為18.3%。然而，令人驚訝的是，可穿戴設備的影響遠遠超出了普通消費用途（類似活動跟蹤和智能手表）的范圍，已轉向醫(yī)療應用，尤其是用于管理慢性病患者。

醫(yī)療與消費者應用

醫(yī)療可穿戴設備不同于消費市場上的可穿戴設備，雖然它們基于共同的前提，即產品要求舒適、易于使用且不笨重，但它們的功能服務于不同的目的。醫(yī)療可穿戴設備至關重要：它們能檢測到危及生命的情況、收集生物特征數據幫助患者診斷，甚至可以給藥以減輕疼痛。

另一個造成醫(yī)療可穿戴設備應用推遲的區(qū)別在于，它們需要遵守嚴格的安全和精度標準。為了得到更廣泛的使用，醫(yī)療可穿戴設備首先需要克服監(jiān)管障礙和合規(guī)問題，此外在其使用的不同國家還需要協(xié)商醫(yī)療保險報銷問題。醫(yī)療可穿戴產品必須獲得監(jiān)管部門的批準，如獲得美國食品和藥物管理局的批準，并經認證符合ISO或國家標準，其精度和可靠性必須受到嚴格監(jiān)控。

目前，正在開發(fā)的醫(yī)療可穿戴設備能夠為患有特殊疾病的用戶提供支持，如癲癇、慢性阻塞性肺病、哮喘、心律失常、慢性疼痛和乳腺癌。醫(yī)療設備收集的大量數據不僅對消費者管理自身健康很有用，而且對醫(yī)療機構改善其醫(yī)療設施也很有用。臨床醫(yī)生和其他醫(yī)療專業(yè)人員對數據進行分析，提供診斷、治療建議、監(jiān)測患者依從性或輔助研究。遠程病人監(jiān)控系統(tǒng)還可以節(jié)省時間，幫助降低護理成本。此外，雇主和保險公司也會使用個人數據來管理健康和醫(yī)療成本。

在設計安全精確的醫(yī)療可穿戴設備時。必須對產品中使用的所有組件全盤考慮，任何不合格的部件都可能使整個產品變得不可靠或危險。工程師在設計這些設備的硬件時需要考慮幾個關鍵因素，包括產品生命周期、尺寸、重量、可靠性、抗體液能力、觸覺（聲音和感覺）?；颊卟幌Ｍ麛y帶笨重的附件，尤其是像可穿戴設備這樣需要一直隨身攜帶的附件。增加通信功能以支持遠程醫(yī)療等不斷發(fā)展的趨勢意味著增加潛在的笨重組件，例如天線、發(fā)射器和附加電路。這意味著傳統(tǒng)組件（例如用戶與產品交互的開關）的空間更小了。即便開關現在需要占用的空間比以前少了，但如果要可靠地運行許多年，它們仍然必須滿足特定的性能要求。與醫(yī)療可穿戴設備中的所有其他組件一樣，開關也必須能承受苛刻的環(huán)境條件，例如體液和殺菌消毒劑。目前，新型可穿戴電子織物正在醫(yī)療領域進行研發(fā)和測試。它們可以改善部分疾病的診斷和治療。有的可以檢測多種生物信號，例如心電圖（ECG），以測量身體阻抗和皮膚電導。通過心電檢測，可以更早地診斷心臟病，從而預防猝死。

工業(yè)可穿戴設備

工業(yè)可穿戴設備（例如智能眼鏡和手套，頭戴式顯示器，攝像頭，音頻設備，嵌入衣服的傳感器）正在改變大多數工業(yè)領域。第一波工業(yè)可穿戴設備是從消費類設備中改造而來的，而當前的第二波工業(yè)可穿戴設備是專門為工業(yè)用戶設計的（例如，具有增強現實功能的頭戴式耳機和具有更長電池壽命的智能手環(huán)，適用于輪班工作）。

物聯網技術正日益融入可穿戴設備中，以改善工人的安全，降低差錯率，提高生產率和工作質量。智能可穿戴設備可在工人和中心位置（例如現場辦公室）的數字平臺之間建立連接，從而提高可視性。使用可穿戴設備可以大幅改善對體力要求高和危險職業(yè)的職業(yè)安全和健康管理，例如，跟蹤危險工作區(qū)域中的工人位置并監(jiān)測工人的生理狀況（疲勞或壓力）。

通過工業(yè)物聯網，可穿戴設備有望為工業(yè)領域帶來高增長機會。專為工業(yè)環(huán)境設計的智能可穿戴設備和傳感器的發(fā)展是由可量化的結果驅動的，例如工人傷亡率的降低、工人生產率的提高和成本的下降。由可穿戴設備提供的實時數據能力、監(jiān)測和跟蹤能力將支持市場進一步增長。隨著連接性和傳感器技術的不斷發(fā)展，能源、公用事業(yè)、制造業(yè)、建筑業(yè)和采礦等各行各業(yè)的公司都開始利用傳感器和連接性來產生更大的價值。先進的傳感器、網絡、數據科學和分析技術的使用，在安全性、生產率和決策方面帶來了巨大的進步，這也昭示了可穿戴設備未來的美好前景。

這種顛覆性的力量正在逐漸滲入個人防護用品（PPE）領域。工人們依靠個人防護用品來保證他們在潛在危險工作環(huán)境中的安全性。在這一層面上，最終用戶、雇主和買方有牢不可分的共同利益：獲得符合規(guī)定的個人防護用品和其他安全設備，并通過防止工作場所傷害和避免由此產生的費用來增加保護。雇主有權要求擁有“智能”安全設備，制造商應滿足他們的需求。

在PPE中可穿戴設備和傳感器的眾多應用中，最常見的應用有：

（1）保護環(huán)境免受無形風險

智能防護服帶有氣體、化學、熱、聲音、紫外線、沖擊和脈沖傳感器，可監(jiān)測外部環(huán)境和使用者。它會及時提醒佩戴者注意危險，以便采取預防措施，并提醒主管人員在工人遇到麻煩時進行干預。

（2）智能通信系統(tǒng)：智能頭盔、耳罩和口罩可在嘈雜或低能見度的環(huán)境中提供快速有效的通信。

（3）更安全的設備：智能鎖定/掛簽、倒車攝像頭和警報裝置、機器的智能自動化和其他自動化安全措施使工人更加安全。

運動可穿戴設備

互連可穿戴設備引起了相當大的熱議，它將改變業(yè)余和職業(yè)體育。除了像健身手表這樣的貼身可穿戴設備，我們還看到了用于運動、健身和保健的“身上”智能服裝，包括T恤、帽子、文胸、褲子、襪子和鞋子。具有可調節(jié)性、發(fā)光性、觸感和靈敏度等功能的可穿戴電子紡織技術可用于多種體育應用以及醫(yī)療、太空探索和游戲等其他領域。

主要的可穿戴電子織物具有嵌入式電容、電阻和光學傳感器，使紡織品能夠感應到觸摸、應變、壓力、溫度和濕度。傳感器通常連接到控制板以處理信息。Wi-Fi和藍牙是交互式紡織品中最常見的通信方法，采用混合供電方式。這對電池的要求是必須滿足可拆卸，或滿足薄、扁平、柔性要求，能經受洗滌、干燥、熨燙和干洗。

2018年在韓國平昌舉行的冬季奧運會上，運動員們冒著零下的溫度，展示了采用嵌入式加熱技術的服裝。拉爾夫·勞倫為美國奧運代表隊和殘奧會代表隊設計了防水外套，在細長的電池組上配備了紐扣，運動員甚至可以戴著手套輕松按下按鈕，以保持溫暖。他們還可以通過手機設置所需的溫度水平。

其他案例包括OM SignaI公司的PoloTech智能運動服，由拉爾夫·勞倫設計，在布料中嵌入了導電的銀纖維，它集成了生物傳感器，可以監(jiān)測溫度、壓力水平、心率和呼吸。通過藍牙連接到iPhone、iPod和iWatch上的移動應用程序，還能計算步數，記錄消耗的卡路里和運動強度。OM Signal公司的OMbra是一款智能文胸，由聚酯、彈性纖維和尼龍混合制成，具有最佳拉伸效果，并使用與PoloTech智能運動服相同的傳感器，可以鏈接到OMRun應用程序或其他健康和體育應用程序。這兩種產品都是可清洗的，帶有可拆卸的傳感器，在下次充電前可使用10次。在鞋類領域，Digitsole智能鞋可以計算步數、走過的距離和消耗的卡路里，并集成了足暖系統(tǒng)和手電筒。

目前，這些技術產品對于日常消費者來說太貴了，新的產品解決方案正在職業(yè)體育領域進行測試。雖然到現在為止人們最關注的還是體育器材、技術和物聯網如何提高運動成績，不過人們對與實時監(jiān)測和生物測定數據采集已經越來越感興趣。這些數據可以用來分析人類的表現，例如呼吸頻率、心率、體溫、水合水平和肌肉張力。

在世界一級方程式賽車錦標賽（F1）中，技術創(chuàng)新傳統(tǒng)上主要集中在汽車、輪胎等部件和配套的IT系統(tǒng)上，對車手和支持人員的關注較少。然而，車手的表現是贏得任何比賽的關鍵。在汽車駕駛艙內，駕駛員的身體承受著擁擠、高溫、脫水和重力的巨大壓力。維修站工作人員、工程師和其他工作人員也承受著來自惡劣環(huán)境、不同時區(qū)和極端氣候的相當壓力。司機們越來越多地穿著與汽車相連線的特殊服裝來監(jiān)控自己的狀態(tài)。通過使駕駛員和其他團隊成員對自身健康和安全采取積極的態(tài)度，不同類型的智能可穿戴設備可以為他們提供競爭優(yōu)勢?？纱┐髟O備實時收集有關身體行為的更多數據，可以幫助改善個人決策、反應和恢復能力，并能使團隊采取措施優(yōu)化成員的表現。可以調節(jié)身體比如能調節(jié)體溫的衣服可能對使用者來說特別有益。最終，正是它們的實用性推動了此類可穿戴設備的采用。

物聯網還可以通過增強內容和娛樂來改變觀眾的體驗。借助智能可穿戴設備和智能手機，可以將球隊和球迷聯系在一起。通過連接到賽道、運動場上或嵌入衣服中的傳感器的移動應用程序，粉絲可以通過視頻源跟隨自己喜歡的車手、球員或球隊，參加現場投票，并在社交媒體上分享他們的經驗。在足球和橄欖球運動中，智能可穿戴設備可實現高效的數據跟蹤。包括心電圖讀數和360°監(jiān)控，這對于球員和教練很有用。在一些比賽中，球迷們可以在他們的屏幕上接收關于球員奔跑距離或傳球數據。在E方程式賽車（電動汽車）中，車迷們可以通過賽事的官方應用程序投票給車手提供動力。還有很多更令人興奮的創(chuàng)意正在醞釀中，將大大豐富觀眾的體驗。

可用性和舒適性對于B2C（企業(yè)對客戶）和B2B（企業(yè)對企業(yè)）體育應用都是極其重要的。笨重的戰(zhàn)術夾克會干擾到運動員或球員，阻礙他們的運動，因此正在為體育應用開發(fā)不那么堅固但更靈活的材料，包括電子紡織品。納米纖維正在測試中，以取代不方便的電線。隨著傳感器技術變得更輕、更薄、更靈活，可穿戴電子織物將變得更加便攜，但它還需要有可延展性，易于融入服裝，能根據個人身體物理狀況和環(huán)境進行調節(jié)。目前正在研究提高可洗性，延長電池壽命和可回收性。

如果沒有電極、連接器和互連器等電子組件，將無法使用可穿戴電子織物?？纱┐麟娮涌椢镌谑占镫娦盘枙r，電極將在人體和電路之間架起一座橋梁。電子紡織電路需要的電源來自鋰聚合物電池。正在開發(fā)和研究創(chuàng)新性的電源能源系統(tǒng)，以嵌入到運動服裝和其他類型的服裝中。電路的日趨微型化也使得各功能的無縫結合成為可能，從而提高了可穿戴電子織物的市場滲透率。

紡織電路是建立在紡織基材上的電路，例如通過將刺繡導電線并入紡織品基底中。導電圖形也可以使用基于石墨烯的噴墨打印技術來制作。另一種建立紡織品電路的技術是在紡織基材上焊接一個電路。將電路連接到紡織品后，就可以像傳統(tǒng)印刷電路板一樣進行焊接。

纖維技術提供了在織物中嵌入功能的另一種方式。可以使用常規(guī)編織方法將纖維整合到紡織品中。生產方法的進步，例如熱拉拔工藝，正在帶來新的機遇?，F在可以將多種材料組裝成復雜的幾何形狀。通過改變材料的特性，可以制造出能感知、適應和通信的纖維。在未來，織物可以通過改變溫度、顏色或硬度來對刺激做出反應。

運動型可穿戴設備的發(fā)展將取決于原始設備制造商是否有能力生產具有無縫嵌入式電子設備的產品以滿足用戶的舒適性和性能需求，以及可穿戴設備對球員、教練、球隊和球迷的有用性。結合跨行業(yè)專業(yè)知識（例如電路設計、紡織創(chuàng)新、系統(tǒng)集成和連接），打造出智能的、舒適和高性能的運動可穿戴設備，將帶來巨大的增長機遇。