屠晨琛，崔榮榮

1.江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，無錫 214122；2.大連工業(yè)大學(xué)服裝學(xué)院，大連 116034；3.浙江理工大學(xué)國際教育學(xué)院，杭州310018

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、現(xiàn)代生活方式的多樣化、居民生活品質(zhì)的提高，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G 移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)逐漸完善，智能穿戴逐漸生活化。人們工作壓力不斷增大，都市人群亞健康問題日趨嚴(yán)重，各種慢性病的出現(xiàn)，關(guān)注健康成了大眾的熱點(diǎn)，提高日常醫(yī)療保健的方便性變得越來越重要。足服作為一種日常用品，從文明之初的單一裹腳皮，到當(dāng)下的樣式豐富、功能多樣，已成為現(xiàn)代生活中必不可少的穿著物品，更是人們每日保護(hù)和支撐身體的重要載體。因此，本研究設(shè)計(jì)的智能保健足服主要是對人體身體健康的康養(yǎng)，從而進(jìn)行相應(yīng)療程的健康管理，最終達(dá)到改善人體健康狀況。

一、功能性足服概述及其研究現(xiàn)狀

（一）足服概述

足服，指穿在腳上的服飾，泛指一切包裹、依附于足部，起保護(hù)和裝飾等作用的物品。段玉裁在《說文解字注》中說:古曰屨，今曰履;古曰履，今曰鞽(鞋)。名之隨時不同者也。通過查閱材料發(fā)現(xiàn)“屨”是上古時代就開始的稱法，在有“鞋”“履”，“屨”稱謂更早[1]。足部在人體的最下方，對于人體重量的承擔(dān)起到了很大的作用，猶如人體的第二心臟，人體的每一個器官在足部都會有反射區(qū)和穴位區(qū)，身體上的疾病可以通過足部得知。

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，富足的經(jīng)濟(jì)生活使人們在物質(zhì)和精神方面的需求變得越來越多。足服的設(shè)計(jì)已經(jīng)不能僅考慮單一的審美需求，需要更多地考慮消費(fèi)者的心理與生理需求，在具有舒適感的同時，還需兼具一定的功能性[2]。未來，健康智能的穿戴方式將成為新科技健康之路的新理念，它有別于人們的傳統(tǒng)服飾，需要結(jié)合電子、通信、科技、互聯(lián)網(wǎng)、材料學(xué)、醫(yī)學(xué)、服裝設(shè)計(jì)、紡織工藝等眾多學(xué)科，因此，具有較好的市場前景。

1.材料對功能性足服的影響

民間足服的功能性是人們在一定的物質(zhì)條件下，在制作和使用過程中，通過足服的材料、造型、結(jié)構(gòu)、工藝等，滿足足部的防護(hù)，這充分體現(xiàn)了足服的功能性。其中，材料作為組成足服的物質(zhì)基礎(chǔ)，其自身攜帶的諸多性能直接影響足服的功能性，如江南地區(qū)在雨雪天穿的釘鞋，見圖1。為了防止雨水不進(jìn)鞋底，在鞋底處會有許多圓形的釘子，避免鞋底直接接觸地面，起到防滑的作用，并且在鞋的表面涂上桐油，很好地隔離和保護(hù)裸足免受外部自然環(huán)境的侵害，起到了防護(hù)作用。

圖1 防水防滑的釘鞋

2.結(jié)構(gòu)造型對功能性足服的影響

鞋翹是中國傳統(tǒng)足服最具代表性的造型特色之一，鞋底上翹是鞋底前端重要的表現(xiàn)形式，從功能上來說，主要有三點(diǎn)體現(xiàn)：一是傳統(tǒng)婦女服飾下裳以及地裙和褲為主，鞋翹的設(shè)置有利于托住裙邊，行走不致跌滑；二是行走時鞋翹有保護(hù)和警戒的作用，可使穿者免受傷害；三是鞋翹作為鞋底的延伸，較高的牢度可以延長鞋幫與鞋履的使用壽命，由此可見，鞋翹在造型上決定著鞋底樣式和尺寸，同時具有重要的審美性和功能性。人們熟悉的三寸金蓮，為了防止裹腳布多層纏繞包裹，長時間的不透氣導(dǎo)致的足部異味，有條件的大戶人家往往會在整個鞋的足跟處安裝一個可以放香料的小抽屜，減少異味的發(fā)散，具有特殊的衛(wèi)生功能性設(shè)計(jì)，見圖2。

圖2 弓鞋底抽屜蓄香料

（二）研究現(xiàn)狀

中國在20世紀(jì)90年代，開始對智能穿戴醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行研究?，F(xiàn)今，越來越多的人愿意接受智能穿戴。根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，智能穿戴在近些年的關(guān)注點(diǎn)主要集中在醫(yī)療健康、運(yùn)動健身和生理監(jiān)控這三個方面[3]。市面上現(xiàn)有的健康監(jiān)測類服飾的作用大多數(shù)是依據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，使消費(fèi)者對自身的身體健康情況進(jìn)行實(shí)時掌握，但起不到醫(yī)療作用。然而，隨著大眾對健康關(guān)注度的提高，以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能可穿戴服飾將會被更多地應(yīng)用于醫(yī)療保健領(lǐng)域，改變傳統(tǒng)的就醫(yī)方式，讓醫(yī)療變成隨時隨地為生活服務(wù)，為用戶提供便利。

足服的設(shè)計(jì)除了體現(xiàn)在材料和結(jié)構(gòu)兩方面，當(dāng)下，更重要的是要結(jié)合科技，設(shè)計(jì)應(yīng)圍繞功能足服的實(shí)際功效而開展，要按照特定消費(fèi)群體的需求有針對性的開發(fā)設(shè)計(jì)。目前國內(nèi)市場上大部分知名企業(yè)在足服的設(shè)計(jì)上結(jié)合了高科技，并以當(dāng)下消費(fèi)者的健康需求為主要出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如氧循環(huán)呼吸鞋、納米功能空調(diào)鞋等。國外許多國家為達(dá)到實(shí)時監(jiān)測身體各項(xiàng)健康指標(biāo)的目的，也紛紛開發(fā)出了監(jiān)測身體健康狀況的智能化服裝，如英特爾和臺灣AIQ 公司合作研發(fā)的監(jiān)測身體健康狀況的T恤，通過監(jiān)測心率、心電圖等分析著裝者的身體健康水平。Lumo Bodytech Lumo Lift公司的姿勢追蹤智能服裝能感知脊椎活動狀況，通過傳感器的振動來改善穿著者的站姿和坐姿[4]。

通過查閱資料發(fā)現(xiàn)，目前市面上的智能保健足服大多數(shù)是以數(shù)據(jù)監(jiān)測為主要功能，對于監(jiān)測出的數(shù)據(jù)往往是提示和警示的作用，沒有將監(jiān)測和康養(yǎng)理療設(shè)計(jì)融為一體的智能足服[5]。因此，本研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于用戶不僅可以實(shí)時監(jiān)測自己的身體狀況，還可以實(shí)時選擇進(jìn)行中醫(yī)足底按摩，以緩解身體的不適。

二、智能保健足服設(shè)計(jì)思路

縱觀中國五千年的傳統(tǒng)文化思想，設(shè)計(jì)多是提倡“以人為本”，在強(qiáng)調(diào)實(shí)用性的同時，也體現(xiàn)出了人文情懷的存在。因此，在進(jìn)行服飾設(shè)計(jì)創(chuàng)作時，要考慮技術(shù)與藝術(shù)的結(jié)合，設(shè)計(jì)作品在具備實(shí)用性、功能性、審美性的同時，可以更多地融入中華的傳統(tǒng)文化。在中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》中，也確定了今后15 年將推進(jìn)“健康中國”建設(shè)的行動綱領(lǐng)，其中包括優(yōu)化健康服務(wù)，普及健康生活，充分發(fā)揮中醫(yī)藥獨(dú)特優(yōu)勢，推動健康科技創(chuàng)新等相關(guān)內(nèi)容[6]。因此，本研究將我國傳統(tǒng)文化思想與現(xiàn)代設(shè)計(jì)相結(jié)合，將中國幾千年傳承下來的康養(yǎng)中醫(yī)理論與現(xiàn)代科技相結(jié)合，將人文情懷予以其中，考慮當(dāng)下人們的生活、工作需求，設(shè)計(jì)研發(fā)一款可以進(jìn)行健康監(jiān)測的智能保健足服，為大眾在快節(jié)奏的生活中創(chuàng)造出更多的便利醫(yī)療條件。

此款足服主要以預(yù)防疾病與保健舒適性為主，通過測定足底壓力分布狀況，實(shí)時監(jiān)測每個人的身體健康數(shù)值，如心率、血氧、體脂、呼吸、脈搏、溫度、濕度及壓力、步數(shù)等的檢測[7]。重要的是，在分析每個人的身體健康數(shù)值的基礎(chǔ)上，為用戶提供身體狀況分析，并對應(yīng)足底穴位與反射區(qū)進(jìn)行按摩，以緩解甚至消除身體的疲勞，進(jìn)而預(yù)防和緩解慢性病的發(fā)生，具體設(shè)計(jì)思路，見圖3。

圖3 設(shè)計(jì)思路

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本研究的設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理單元（手機(jī)）以及理療單元三個方面，見圖4。

圖4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（二）手機(jī)客戶端設(shè)計(jì)

智能保健足服手機(jī)客戶端的設(shè)計(jì)主要從系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、生理數(shù)據(jù)采集及傳輸方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)結(jié)果呈現(xiàn)方式設(shè)計(jì)三方面展開。

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)方面，采用MVC 架構(gòu)，系統(tǒng)包含登錄綁定、繪制圖像、分析信息以及最后的建立理療療程，具體各功能間邏輯層次關(guān)系見圖5。

圖5 手機(jī)客戶端功能層次

其中：手機(jī)客戶端進(jìn)行登錄或者注冊，然后與智能保健足服進(jìn)行綁定，用戶的相關(guān)基本信息登陸后可自動生成，每次登錄會自動鏈接，并及時更新數(shù)據(jù)。繪制圖像部分是將智能保健足服監(jiān)測到的體溫、心率、血壓、血脂、步數(shù)等多方面的身體健康數(shù)值，輸入到手機(jī)客戶端，并繪制出每天的健康情況曲線圖[8]。健康中心建立咨詢通道是將數(shù)據(jù)分享給健康中心，并制定出相應(yīng)的足療理療療程。

生理數(shù)據(jù)采集及傳輸方案設(shè)計(jì)方面，數(shù)據(jù)傳輸采用的是Json 格式。Json 中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以采用MD5加密技術(shù)，可以更大程度地增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

監(jiān)測數(shù)據(jù)在手機(jī)上的顯示，主要以波段圖的形式。數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)結(jié)果呈現(xiàn)方式設(shè)計(jì)方面，使用均值、方差等描述性統(tǒng)計(jì)參數(shù)對生理數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。以波形圖或直方圖的形式直觀呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)參數(shù)隨時間的趨勢變化。以心率為例，統(tǒng)計(jì)用戶每小時的心率均值，每天為其呈現(xiàn)其24 小時的心率統(tǒng)計(jì)直方圖。系統(tǒng)最多可緩存30天的心率變化情況。

三、智能保健足服設(shè)計(jì)手段

智能保健足服在設(shè)計(jì)上更多地是要結(jié)合科技手段，如微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)知識、軟硬件選擇等等，以確保電子元件在足服的設(shè)計(jì)中，既能充分發(fā)揮其功能性，還能符合消費(fèi)者的審美要求。因此本研究足服將從技術(shù)設(shè)計(jì)、款式設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)等多方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（一）技術(shù)設(shè)計(jì)

在智能保健足服進(jìn)行人體實(shí)時健康數(shù)據(jù)時，人們可以結(jié)合足部的重要受力點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的反饋，本設(shè)計(jì)采用已有的Footscan 足底壓力分布測試系統(tǒng)，見圖6。實(shí)時檢測足部第一趾骨、第一趾跖關(guān)節(jié)、第二趾跖關(guān)節(jié)、第三-五跖骨、足弓區(qū)和足跟區(qū)共6 處的足部壓力變化情況[9]。此系統(tǒng)可以全方位地研究行走、跑步、縱跳等不同動作，包括足著地緩沖、全腳支撐、前足蹬伸、足趾離地等各個階段的時間特點(diǎn)、受力特點(diǎn)、壓力中心移動特點(diǎn)等，從而得到較準(zhǔn)確的輸入信號。

圖6 Footscan足底壓力分布測試系統(tǒng)

智能保健足服在人體靜態(tài)和動態(tài)狀態(tài)下，通過足底的分別測試系統(tǒng)進(jìn)行身體健康數(shù)據(jù)的監(jiān)測，監(jiān)測到的數(shù)值通過濾波和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，可以將有用數(shù)值通過藍(lán)牙傳送到手機(jī)客戶端，并保存于后臺服務(wù)器[10]。手機(jī)客戶端根據(jù)客戶近期的數(shù)值，對身體狀況進(jìn)行全方位的分析，并針對每個人的身體特點(diǎn)，結(jié)合客戶每天的運(yùn)動生活軌跡，制定出合理的中醫(yī)理療療程，客戶可根據(jù)自己的時間日程，進(jìn)行選擇理療方案，以緩解身體的不適。

1.硬件選擇

控制系統(tǒng)主要由ARM 微控制器、GPS 定位 和GPRS無線信號傳輸系統(tǒng)組成。系統(tǒng)供電方式采用鋰電池供電，通過GPS 定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時定位，通過GPRS系統(tǒng)將信號傳輸?shù)皆贫撕笈_服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、處理，完成數(shù)據(jù)采集及驅(qū)動控制。

ARM微控制器-MCU采用NXP公司的LPC81xM系列產(chǎn)品是基于ARM Cortex-M0+內(nèi)核的低成本32位MCU，CPU工作頻率高達(dá)30 MHz，支持高達(dá)16 KB閃存和4 KB SRAM，外設(shè)包括CRC引擎，I2C總線接口，多達(dá)三個UART，多達(dá)兩個SPI 接口，一個多速率定時器，自叫醒定時器和狀態(tài)可配置的定時器，一個比較器，功能可配置的I/O 端口和多達(dá)18 個通用I/O 引腳，DC3.15 V～3.3 V 供電，可完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、驅(qū)動控制等功能，見圖7。

圖7 LPC81xM框圖

足底按摩震動馬達(dá)，采用日本電產(chǎn)生產(chǎn)的無刷型硬幣馬達(dá)-BLDC，型號LAL-06VM01，直徑6 mm，厚度2.5 mm，工作電壓2.9～3.3VDC，響應(yīng)極快，無刷硬幣馬達(dá)全部內(nèi)置驅(qū)動IC(Drive IC)，接通直流即可轉(zhuǎn)動，無需額外配置，ARM微控制器根據(jù)數(shù)據(jù)分析后發(fā)出驅(qū)動指令即可現(xiàn)足底按摩。

2.后臺服務(wù)器選擇

手機(jī)APP后臺基于Bmob后端云，后臺采用Bmob云存儲技術(shù)。界面采用了谷歌的matrial design 設(shè)計(jì)，框架基于MD+Rxjava+retrofit+MVP架構(gòu)。

Bmob 可以提供可視化的云端數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)界面，并且完善合理地進(jìn)行建庫建表。不同類型的數(shù)據(jù)均可進(jìn)行保存，如數(shù)組、字符等。通過提供的API 接口和多語言SDK，為用戶提供快速上傳、安全可靠的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。配合CDN 加速服務(wù)提高文件訪問的響應(yīng)速度與可用性，實(shí)現(xiàn)用戶全站加速更快捷。在開發(fā)者管理后臺創(chuàng)建云函數(shù)，通過編寫JavaScript 或者Java代碼，并部署到Bmob后端云的平臺上，可輕松實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的需求。使用云函數(shù)代碼片段，更新維護(hù)變得更加便捷。

（二）款式設(shè)計(jì)

智能保健足服的科技手段在款式設(shè)計(jì)上，主要體現(xiàn)在鞋底、鞋幫、附加功能裝置部件三個部分。鞋底的功能主要體現(xiàn)在防滑、減震，因此采用減震EVA中底，當(dāng)緩慢步行時，分子相互分離如同光腳踩在海綿上；當(dāng)快速跑步時，分子交錯鎖在一起，可立刻回彈，帶給人舒適感；鞋幫的設(shè)計(jì)以矮幫為主，方便活動。在進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)時，對于鞋頭形狀，選擇圓頭造型，較為寬松舒適，而且鞋頭較寬的鞋對腳步壓力較小，穿著舒適，不擠腳。風(fēng)格上，以運(yùn)動休閑鞋為主，并且設(shè)計(jì)出防撞鞋頭和后跟加固，使不同狀態(tài)下穿著都不會崴腳。采用鞋帶的設(shè)計(jì)是因?yàn)樵谧呗窌r，足部會發(fā)生變形，受到擠壓，鞋帶增加15%的彈力，可以自動調(diào)節(jié)舒適性且不易松解，見圖8。

圖8 智能保健足服款式設(shè)計(jì)

從古至今，在鞋墊的設(shè)計(jì)上，多采用不同的工藝手法，耗費(fèi)大量的工時和精力來完成，成為了妻子或母親送給丈夫或子女最好的禮物。鞋墊花紋的設(shè)計(jì)蘊(yùn)含著豐富的文化內(nèi)涵和獨(dú)特的藝術(shù)表達(dá)，也體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)文化中的人文情懷。民間的鞋墊藝術(shù)作為我國傳統(tǒng)民族文化的一部分，充分反映了古代勞動人民通過自己的辛苦手作，對美好生活的向往，以及將審美形式從外在轉(zhuǎn)向了內(nèi)在。隨著時間的推移，社會的發(fā)展，鞋墊的功能性有了越來越多的表現(xiàn)。此款智能保健足服，將鞋墊的設(shè)計(jì)作為整款足服設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，鞋墊上增加足弓設(shè)計(jì)，有力支撐足弓不塌陷，行路平穩(wěn)，且不累腳；通過在內(nèi)底或鞋墊上放置附加裝置，鞋墊的每個反射區(qū)上都有按摩顆粒，按照足底工學(xué)定位穴位位置，除了可以增大透氣性、透濕性，還可以起到智能精準(zhǔn)按摩的作用。

健康監(jiān)測的智能保健足服主要面向成年人用戶，成人足底已經(jīng)定型，根據(jù)男女消費(fèi)群體足部大小的不同，尺碼主要是35～44 碼，因此按摩足服刺激反射區(qū)的位置可以確定，用戶選擇合適尺碼的鞋子穿上就能吻合自己足底反射區(qū)。通過大數(shù)據(jù)反饋出來的身體健康數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，針對不同人群的身體狀況，對特定的反射區(qū)進(jìn)行準(zhǔn)確的穴位按摩。

（三）材料設(shè)計(jì)

材料的設(shè)計(jì)上，靈感來源為魚鰓的呼吸模式，結(jié)合最新的高彈針織面料，設(shè)計(jì)出會呼吸的防水抗污鞋[11]。在保證強(qiáng)透氣的功能下，附加了防水功能，讓用戶在享受舒適透氣的同時，還可以抵擋風(fēng)雨天氣的侵襲。分別采用三層復(fù)合面料進(jìn)行設(shè)計(jì)，第一層是彈力編織層，由聚酯纖維和尼龍混紡而成，獨(dú)特針織技術(shù)形成的“荷葉式”表面能夠起到很好的防水、拒水、防風(fēng)效果。第二層為納米微孔薄膜過濾層，主要采用高分子納米材料，每平方米有近10 億個微孔，雨滴或水滴無法通過而水蒸氣可以揮發(fā)出來，做到了防水又透氣[12]。第三層為透氣內(nèi)里，舒適透氣內(nèi)里不悶?zāi)_不臭腳，可以持續(xù)保持雙腳的干爽舒適。

鞋墊表面采用原液活性面料纖維，源于天然原木，利用創(chuàng)新的原液活性防臭工藝，從而有效抑制不同細(xì)菌的滋生，達(dá)到除臭效果[13]。

四、中醫(yī)技術(shù)原理

足部是人體健康的晴雨表，集中了人體各器官的神經(jīng)反射區(qū)與穴位，匯集了人體的六條經(jīng)脈，六十六個穴位，能很準(zhǔn)確地反映人體的健康狀況。足部穴位的按摩是指在一些特定的穴位上，運(yùn)用推拿手法，刺激足部穴位，激發(fā)人體經(jīng)氣，促進(jìn)新陳代謝，達(dá)到防病、治病、保健強(qiáng)身[14]。中醫(yī)保健角度來看，腳是人體之根，是人體元?dú)饽壑c(diǎn)，是人體的“第二心臟”，人的身體健康狀況會通過足底的反射區(qū)反映出來，經(jīng)常進(jìn)行足部保健，可以促進(jìn)人體血脈流通，調(diào)理臟腑，平衡陰陽，疏通經(jīng)脈，改善身體的不良癥狀，緩解疲勞，治療慢性疾病，是一種簡單易行、效果顯著、無副作用的防病治病的自我保健方法。智能保健足服可以通過手機(jī)控制，做到實(shí)時足底按摩，不占時間、不受地點(diǎn)的限制，使用方便。

五、結(jié)語

隨著全球智能服飾市場的快速發(fā)展，將服飾與信息、醫(yī)療、材料等不同領(lǐng)域進(jìn)行融合，是大勢所趨。調(diào)查顯示，醫(yī)療健康領(lǐng)域的智能服飾正以23%的年均增長率發(fā)展[15]?，F(xiàn)代人生活壓力大，閑暇時間少，越來越多的慢性病出現(xiàn)，身體抵抗力下降，加之醫(yī)療設(shè)施緊張，智能服飾設(shè)計(jì)需要更多地結(jié)合醫(yī)療健康，為消費(fèi)者提供實(shí)時的保健治療。本研究設(shè)計(jì)的智能保健足服，將大數(shù)據(jù)分析、人工智能、健康與按摩保健相結(jié)合，除了對身體的健康數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測外，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)反饋，及時做出適合相應(yīng)身體狀況的足底按摩療程，有效做到舒筋解壓，緩解消除亞健康，達(dá)到保健的效果，真正做到實(shí)時關(guān)愛自己的身體健康情況。