孫若宸，許黛芳，葉芳芳，聶 鳳，何霜霜，黃子鋒

（嘉興學院設(shè)計學院，浙江嘉興 314001）

乳腺癌作為威脅全球女性生理健康的重大疾病之一，已經(jīng)位列女性惡性腫瘤之首，每年我國乳腺癌新發(fā)病例多達30 萬［1］。人們的健康意識逐漸加強，對健康的追求開始由醫(yī)療診治向健康監(jiān)護與疾病預防轉(zhuǎn)變。

可穿戴智能監(jiān)測服裝可以收集使用者的生理數(shù)據(jù)，并根據(jù)其進行分析、判斷、決策等，從而掌握人體生理變化傾向，有助于研究人體健康與服裝的關(guān)系，對人體健康監(jiān)護具有重要意義［2］。

乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣采用可穿戴技術(shù)，利用柔性傳感器實時監(jiān)測使用者乳腺區(qū)域的生理數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理模塊對檢測數(shù)據(jù)進行收集處理、存儲記憶和分析決策，并將處理結(jié)果通過無線模塊傳輸至移動終端與按摩模塊，在實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)按摩模式的同時，保證了穿著者能夠?qū)崟r掌握乳腺的健康狀況，具體環(huán)節(jié)如圖1 所示。該內(nèi)衣一方面實現(xiàn)了女性按摩內(nèi)衣智能化，另一方面具有及早發(fā)現(xiàn)女性乳腺疾病的作用［3］。

圖1 乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣設(shè)計流程

1 智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的研究現(xiàn)狀

1.1 可穿戴技術(shù)

可穿戴技術(shù)是將傳感器、無線通信、多功能模塊等技術(shù)系統(tǒng)地集中在可穿戴服裝上的一種技術(shù)，主要通過服裝及其附件依附于人體。既滿足了可穿戴物品的日常功能，又實現(xiàn)了人體生理數(shù)據(jù)的收集，從而達到對人體健康狀況進行監(jiān)測的目的［4］。在智能化時代，可穿戴技術(shù)已經(jīng)逐漸成為科研工作者未來的研究趨勢，由最初簡單的縫制、粘貼轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦哪K化技術(shù)、嵌入式技術(shù)，涵蓋了生理數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、集成技術(shù)等多項技術(shù)。

1.1.1 柔性傳感器技術(shù)

柔性傳感器是指采用柔性材料制成的傳感器（如圖2 所示），相較于傳統(tǒng)的金屬傳感器，柔性傳感器具有體積小、便攜性強、光電性能突出、延展性強等優(yōu)點。

圖2 柔性傳感器

在乳腺按摩監(jiān)測內(nèi)衣中融入柔性傳感器，既實現(xiàn)了柔性傳感技術(shù)在女性按摩內(nèi)衣設(shè)計領(lǐng)域中的運用，又保證了穿著者在穿著時各模塊的智能化與安全性。柔性傳感器具體可分為柔性電容傳感器、柔性壓阻傳感器、柔性壓電傳感器、柔性電感傳感器、柔性光纖傳感器等［5］。

2014 年，Mino 公司研制出一款基于柔性傳感器采集體溫、心率、呼吸等數(shù)據(jù)的智能嬰兒連體服。東華大學易紅霞［6］提出利用鍍銀導電紗線制作柔性傳感器并集成在服裝上，利用Visual Basic 6.0 實現(xiàn)信號傳輸?shù)膮f(xié)調(diào)以達到無線傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建。LIU 等［7］通過將硅橡膠與碳化三聚氰胺海綿結(jié)合，制備出用于檢測足底壓力的柔性壓力傳感器。曾曉［8］以石墨為導電填料，聚偏氟乙烯（PVDF）和聚環(huán)氧乙烷（PEO）為基體材料，研制出一款溫敏復合材料，由該材料制成的溫度傳感器具有良好的穩(wěn)定性與響應性，且抗干擾能力很強。劉官正等［9］利用柔性電感傳感器制成一款呼吸監(jiān)測腰帶，實驗表明其同樣可用于日常生活中的呼吸監(jiān)測。

1.1.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣作為智能服裝的一類，需要同時滿足服裝一體化的設(shè)計，其數(shù)據(jù)收集處理應從整體出發(fā)。而整體的協(xié)調(diào)設(shè)定需要將多功能材料、柔性傳感器、數(shù)據(jù)處理模塊、電子電路等多方面結(jié)合，同時兼顧設(shè)計制作成本，實現(xiàn)乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的智能化、人性化、市場化。2012 年，美國研發(fā)了第一款乳腺智能胸罩，通過感知乳腺溫度的細微變化判定乳腺內(nèi)因癌細胞導致的血管堵塞引發(fā)的人體溫度變化［10］。2015 年，美國Cycadia Health 公司推出一款智能背心iTBra，通過印刷在織物表面的溫度傳感器監(jiān)測用戶乳腺區(qū)域溫度，基于系列算法與人工智能比較健康組織與癌組織細胞之間的溫度差異，從而實現(xiàn)對乳腺健康的監(jiān)測［11］。2016 年，丁立研發(fā)了一款基于氣墊按摩壓力檢測女性乳腺是否發(fā)病的智能內(nèi)衣［12］。2019 年，深圳智裳科技公司聯(lián)合Lightness 研發(fā)了一款AI 智能乳腺健康監(jiān)測內(nèi)衣［13］，該內(nèi)衣采用紅外成像技術(shù)，通過16 個高精度溫度傳感器實現(xiàn)乳腺病變預警。

1.2 服裝本體研究

服裝本體研究是指在服裝紡織材料、服裝縫制結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計等方面進行研究的一項技術(shù)，是一種針對服裝本身的研究。對服裝本體的研究既能夠在一定程度上滿足消費的舒適性、服裝的美觀性、穿著的耐久性，又能夠滿足可穿戴技術(shù)在服裝上的高度集成。而且對服裝材料的研究還有助于實現(xiàn)綠色環(huán)保，滿足行業(yè)標準。

1.2.1 功能性材料技術(shù)

具有良好吸濕排汗功能的透氣性面料是乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的首選，其次是面料的多功能性。面料的選取既要滿足良好的透氣性、吸濕性，又要保證滿足國家制定的服裝安全規(guī)則與內(nèi)衣安全標準。國內(nèi)吸濕排汗性能較好的內(nèi)衣面料以滌綸為主，如圖3 所示，其面料橫截面呈“十”字狀，縱向呈溝槽形態(tài)，以保證具有良好的吸濕排汗性。國內(nèi)外對功能性面料都展開了大量的研究。王科林等［14］對精紡毛織物中的Coolmax 纖維質(zhì)量分數(shù)進行研究，結(jié)果顯示，當Coolmax 纖維質(zhì)量分數(shù)為20%時，織物的吸濕排汗性能最好，其中緞紋組織性能最好，平紋組織次之，斜紋組織最差。Wang 等［10］先將有機金屬骨架ZIF-8 與聚丙烯腈（PAN）融合制備表面粗糙的超細纖維，并將粗糙的超細纖維與聚丙烯腈納米纖維電紡交替疊加，形成多層結(jié)構(gòu)膜，再用酸和堿調(diào)整織物的親水性，引起多尺度的表面粗糙度，最終纖維具有優(yōu)異的吸濕排汗性能，并兼具顆粒吸附功能。

圖3 吸濕排汗滌綸纖維的橫截面照片

1.2.2 款式造型結(jié)構(gòu)

款式造型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，一方面在較大程度上影響了乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣內(nèi)部的元器件排布與電路銜接，進而影響了穿著的舒適性與安全性；另一方面，一旦不符合大眾的審美將降低銷量，難以打開市場。因此，款式造型的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要根據(jù)目標消費人群不斷改進。如當下內(nèi)衣流行美背款，將內(nèi)衣與幾何學結(jié)合起來，運用勾股定理，在女性背部蝴蝶骨上勾畫出穩(wěn)定直角的天秤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)人體工學和性感美學的統(tǒng)一與平衡。季鳳芹等［15］針對26～30 歲女性消費人群設(shè)計出一款采用碎褶夾棉彈性罩杯、短腰骨衣、水平型“工”字形肩帶內(nèi)衣（如圖4 所示）。不斷改進乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的款式是保證整體協(xié)調(diào)性與技術(shù)進步的前提。

圖4 水平型“工”字形肩帶內(nèi)衣設(shè)計圖

1.2.3 服裝工藝設(shè)計

服裝工藝作為服裝設(shè)計的延續(xù)與展現(xiàn)，在一定程度上會影響服裝整體的功能性與美觀性，而智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣作為貼身衣物，其工藝設(shè)計將大大影響穿著者的舒適性，因此國內(nèi)外都加強了對內(nèi)衣的工藝設(shè)計。20世紀90年代，意大利圣東尼公司推出無縫三維立體織造技術(shù)［16］，將3D 無縫一體技術(shù)運用到女性內(nèi)衣設(shè)計上，設(shè)計出舒適性強、無壓迫緊繃的內(nèi)衣，使胸部輕松自由。梁素貞等［17］在三維人體掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過上下拼縫、加寬文胸下扒的工藝設(shè)計，在智能內(nèi)衣設(shè)計上采用刺繡或編織的方式，將心電紡織傳感器等多項電子元件安裝到文胸心臟部位，實現(xiàn)了智能內(nèi)衣的便攜性與可拆卸化。另外還有諸如超聲波工藝、伸拉特工藝等，都對內(nèi)衣穿著舒適性的提升起到促進作用。

2 智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣設(shè)計存在的問題

目前，國內(nèi)外針對乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的設(shè)計基本處于探索、實驗狀態(tài)，因人體乳腺區(qū)域的各項數(shù)據(jù)互相影響且較為雜亂，而大多數(shù)智能內(nèi)衣只是將電子元件與內(nèi)衣機械地結(jié)合在一起，監(jiān)測的生理指標較為基礎(chǔ)單一，多為溫度、血壓等，無法準確監(jiān)測乳腺區(qū)域的健康以實現(xiàn)預警。而且由于傳感器、數(shù)據(jù)處理器、線路連接、集成方式等多方面因素，乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣仍具有體驗感差、笨重、功能單一、價格昂貴、受眾低等多項缺點。

行業(yè)內(nèi)沒有該類服裝的具體標準，整體的設(shè)計需要多項學科交叉，研究人員來自各個不同領(lǐng)域，而國內(nèi)交叉學科仍屬于新興學科，沒有較好的研究基礎(chǔ)。此外，針對智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣的性能評估仍不夠完善，需要大量實驗進行完善。隨著科技進步，該監(jiān)測按摩內(nèi)衣需要面向市場，因此該服裝的設(shè)計需要滿足消費者的消費能力。

綜上所述，監(jiān)測按摩內(nèi)衣的設(shè)計需要考慮美觀舒適性、便捷安全性、人體工效學、可靠性等。

2.1 便捷安全性

智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣設(shè)計應滿足服裝的便攜性、可拆卸化、耐水洗，保證用戶使用時無壓力、便捷輕松，各電子部位的銜接保證密封并防水，降低出現(xiàn)機械故障等現(xiàn)象。

2.2 美觀舒適性

目前大多數(shù)監(jiān)測按摩內(nèi)衣多將電子元件與內(nèi)衣機械結(jié)合，所以電子設(shè)備的排放、線路的銜接都會影響穿著的美觀性與舒適性，因此以后的設(shè)計需要考慮其模塊的設(shè)計與搭配。

2.3 可靠性

監(jiān)測和處理數(shù)據(jù)作為監(jiān)測按摩內(nèi)衣的核心功能，應在考慮用戶日常穿著的狀態(tài)下保證其數(shù)據(jù)監(jiān)測的穩(wěn)定性，實現(xiàn)服裝整體功能的可靠。

3 智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的發(fā)展趨勢

隨著科技發(fā)展，從智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣發(fā)展趨勢來看，應從柔性傳感技術(shù)、監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計、功能性材料研發(fā)和款式造型與工藝設(shè)計4個方面進行改進。

3.1 柔性傳感技術(shù)

隨著未來柔性傳感技術(shù)的發(fā)展，柔性傳感器的性能將更加穩(wěn)定、精確，靈敏度與可重復性將會得到提升，從而更加準確地監(jiān)測乳腺的健康狀況，而質(zhì)量輕的柔性電壓傳感器將成為該領(lǐng)域的研究重點。Samadi 等［18］在多步聚合后實現(xiàn)了四氧化三鐵（Fe3O4）納米顆粒和氧化石墨烯（GO）納米板的高協(xié)同作用。GUO 等［19］利用絲素蛋白和PVDF 納米纖維制備了一種全纖維混合壓電式傳感器。這一類傳感器性能更加穩(wěn)定、精確，而且靈敏度高、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)簡單、可重復性強，是未來的研究方向。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

內(nèi)衣與人體皮膚的接觸最為密切，因此智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣監(jiān)測系統(tǒng)是人體信號收集的最佳平臺。Cho 等［20］研究電極的放置位置，確定了心電信號監(jiān)測采集的最佳位置：將內(nèi)衣的表面切成均勻的網(wǎng)格，在前后衣片每間隔6 cm 位置設(shè)置一個電極，共設(shè)置56 個，然后從這56 個位置確定監(jiān)測心電圖電極的最佳位置。王裕等［21］通過在乳腺智能監(jiān)測內(nèi)衣中安裝血流量傳感器，分析乳腺各部位血管形狀、含血量、含氧量，以區(qū)分乳腺病變區(qū)域與正常部位，并以此劃分出4 種乳腺內(nèi)血流豐富程度加以監(jiān)測。高駿［22］也通過對心電、體溫、噪音等生理信號進行監(jiān)測設(shè)計，研究出乳腺監(jiān)測內(nèi)衣，并申請了相關(guān)專利。

3.3 功能性材料

國內(nèi)對于智能內(nèi)衣面料研發(fā)的方向是吸濕排汗，還在嘗試多種其他方法，如智能材料的研究。而隨著材料科學的發(fā)展，越來越多的多功能材料被運用到服裝領(lǐng)域。北京創(chuàng)新愛尚家科技股份有限公司（又稱Aika 愛家科技）制備的石墨烯紡織物材料具有良好的柔韌性，可裁剪、水洗、干洗，有良好的導電性，且加熱穩(wěn)定均勻，30 s 即可加熱到40 ℃，并能發(fā)射性能更好的遠紅外線，實現(xiàn)理療保健功能，供壓只需5 V，保證了用戶的安全。日本NTT 公司通過在絲綢或合成纖維等材料表面覆蓋導電性高分子“PEDOT-PSS”的生物傳感材料，研究出一款具有柔軟、親水、高強度、可嵌入內(nèi)衣的電極材料（如圖5 所示），其生物相容性高，不僅可以用于心電圖測量，還可以測量神經(jīng)活動電位［23］。

圖5 涂覆導電性高分子“PEDOT-PSS”的電極材料

因此，智能材料的研究創(chuàng)新將有力促進女性智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣的創(chuàng)新，在傳感方面可以增加人體生理指標監(jiān)測的準確性，在保健方面可以實現(xiàn)智能內(nèi)衣的加熱與理療功能，女性乳腺按摩內(nèi)衣的創(chuàng)新設(shè)計需要功能性面料的創(chuàng)新。

3.4 款式造型與工藝設(shè)計

智能內(nèi)衣作為人體貼身衣物，在設(shè)計其款式與工藝制作時要更多地考慮利用人體功效學對服裝進行設(shè)計，結(jié)合人體生理學與醫(yī)療相關(guān)知識，保證舒適性與安全性，為了滿足消費者對智能內(nèi)衣美觀舒適的要求，許多研究人員在款式設(shè)計、裁剪、工藝等方面展開創(chuàng)新。如仿生蜂巢模杯，采用芯狀結(jié)構(gòu)，模杯上的透氣孔洞保證空氣的流通，快速蒸發(fā)皮膚表面的濕氣，舒適透氣，導濕排汗防止細菌滋生；使用新款式，如背心款、美背款、U 型款、V 型款、抹胸款等，將幾何學運用至內(nèi)衣造型設(shè)計中，遵循人體結(jié)構(gòu)學帶來舒適感的提升，實現(xiàn)人體工效學和性感美學的統(tǒng)一與平衡；調(diào)整鋼圈分布，將普通鋼圈換成舒適減壓的無鋼圈與隱形軟鋼圈，以面代線地緩解束縛，使穿著體驗更舒適，保證用戶胸部血液順暢循環(huán)［24］。改進智能乳腺按摩內(nèi)衣款式造型是滿足消費者審美、擴大市場的關(guān)鍵。

4 結(jié)語

從柔性傳感技術(shù)、監(jiān)測系統(tǒng)、功能面料技術(shù)、款式造型與工藝4 個方面分析了女性乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣的研究進展。4 方面的研究存在關(guān)聯(lián)性，研發(fā)者在研究時要兼顧整體的協(xié)調(diào)性，重視多學科的交叉融合，統(tǒng)籌考慮內(nèi)衣設(shè)計的美觀舒適性、安全性、可靠性等。

研究下述問題將有利于智能乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣的發(fā)展：（1）柔性傳感器與多功能面料結(jié)合，使傳感器與面料更好地結(jié)合，減小傳感器的體積與質(zhì)量，提高其便攜性與靈敏性，實現(xiàn)內(nèi)衣舒適性的提升；（2）監(jiān)測系統(tǒng)的改進與創(chuàng)新，不斷完善監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準確度與靈敏性，加強多因素結(jié)合，實現(xiàn)乳腺監(jiān)測的豐富與完善；（3）面料多功能研究與創(chuàng)新，加強多功能面料的開發(fā)，實現(xiàn)服裝面料的智能化，以期更好地配合監(jiān)測內(nèi)衣的整體設(shè)計；（4）改進乳腺按摩監(jiān)測內(nèi)衣款式結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對電子元件的排布、線路的銜接、服裝的美觀性、可穿脫性等都具有影響；（5）建立成熟的乳腺按摩監(jiān)測內(nèi)衣整體協(xié)調(diào)評估機制。

乳腺智能監(jiān)測按摩內(nèi)衣融合多項不同技術(shù)，且相互制約影響，因此建立針對其整體協(xié)調(diào)的評估機制尤為重要，只有建立科學的評估機制，才能為乳腺監(jiān)測按摩內(nèi)衣功能協(xié)調(diào)一體化的研究提供參考。