智能服裝的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

劉明月 李金強 馬建偉

（1.青島大學(xué)，山東青島，266000；2.山東服裝職業(yè)學(xué)院，山東泰安，271000）

伴隨著5G時代的到來，信息的傳輸速度得到大幅提升，再加上各領(lǐng)域技術(shù)的飛速發(fā)展，“智能”已被越來越多地應(yīng)用到我們的日常生活之中。服裝作為衣食住行之首，誕生之初是為了遮體避寒，后發(fā)展為突出個人個性的載體，現(xiàn)代服裝與科技相結(jié)合并被附以各種功能，為不同領(lǐng)域和不同年齡段的人提供便利，這類可以滿足人們不同需求、具有特殊功能的服裝被稱之為智能服裝。

1 智能服裝的市場需求

伴隨著老齡化時代的到來和“二孩”政策的放開，我國人口呈現(xiàn)兩極化發(fā)展趨勢，兒童和老年人的人口比例逐年升高，80后、90后成為家庭主要支柱。然而，這類人群普遍工作繁忙，沒有時間和精力去陪伴、照顧父母；與此同時，他們之中有一些初為人父（母），既缺乏育兒經(jīng)驗，又沒有辦法時刻監(jiān)護孩子的健康和安全。以上這些需求催生了智能產(chǎn)品的發(fā)展，其中，智能監(jiān)護類產(chǎn)品需求最為強烈。服裝作為人體的“第二皮膚”，距離體表最近，與身體接觸時間最長，是智能監(jiān)護產(chǎn)品的最佳載體。因此，監(jiān)護類智能服裝在近幾年的發(fā)展尤為迅速。

另外，一些具有特殊功能的智能服裝也很受歡迎，如適合孕婦穿著的電磁輻射屏蔽服、可以記錄優(yōu)化運動員訓(xùn)練數(shù)據(jù)的運動內(nèi)衣、特殊環(huán)境下的作戰(zhàn)服等。隨著市場需求的不斷擴大，智能已不再遙遠，智能服裝正走入千家萬戶。

2 智能服裝的發(fā)展及現(xiàn)狀

20世紀30年代，許多發(fā)達國家就對智能服裝進行了探索。由于當時的通信技術(shù)和電子信息技術(shù)不夠發(fā)達，智能服裝的發(fā)展不盡人意。隨著時代的進步和科技的發(fā)展，電子零部件的體積逐漸縮小，性能卻得到了大幅提升，這一改變給予了智能服裝新的生機，智能服裝不再局限于軍工、航天等特殊行業(yè)使用，而是逐漸進入到我們的日常生活中。

早在2005年，飛利浦公司就推出過一款可以觀測運動員運動前后身體變化的智能服裝，它不僅可以準確地記錄運動員在運動過程中血壓、脈搏的變化，卡路里消耗狀況，還可以對這些數(shù)據(jù)進行智能分析，制定和調(diào)整運動計劃，以幫助運動員提高運動成績。相較國外，我國智能服裝的研究起步晚、進展慢。近幾年，得益于5G技術(shù)和交叉學(xué)科的快速發(fā)展，我國在智能服裝方面取得了很大進展。

針對纖維本身的研究也是智能服裝的創(chuàng)新重點。如芳綸化學(xué)鍍銀的表面改性，不僅改善了芳綸表面活性基團數(shù)量較少而導(dǎo)致的經(jīng)酸堿刻蝕效果不佳的問題［1］，還具有良好的抗菌性和阻隔輻射的功能，可以用于制作嬰幼兒服裝、輕薄時尚的孕婦裝或特殊工種的防護服。

3 智能服裝的運用

服裝的變遷代表著文明和社會的變遷，服裝不僅僅有最基本的實用意義，還有著非常重要的歷史意義。智能服裝除了舒適美觀，還兼具了療愈疾病、強身健體、美體美膚、輕薄調(diào)溫等功能［2］。按照其不同的運用可以將智能服裝分成以下幾種類別。

3.1 按應(yīng)用對象分類

3.1.1 嬰幼兒智能服裝

呼吸是判斷嬰兒健康狀況的一項重要參數(shù)，嬰兒一旦發(fā)生呼吸暫?；蛩矔r屏氣，可能造成非常嚴重的后果。目前市面上的嬰兒監(jiān)測產(chǎn)品多是擺放于床邊或放置于床墊下面，對嬰兒的呼吸監(jiān)測效果并不理想。JAKUBAS Adam等［3］針對以上現(xiàn)象研發(fā)的Textronic系統(tǒng)，可以通過呼吸節(jié)律傳感器感應(yīng)導(dǎo)電羅紋織物的電阻變化，從而監(jiān)測嬰兒的呼吸狀況。嬰兒腹部為呼吸時起伏變化最大的部位，將傳感器裝置于羅紋織物質(zhì)地的腰帶上，有助于獲取到可靠的呼吸數(shù)據(jù)，且針織物質(zhì)地柔軟，具有良好的彈性和恢復(fù)性，不會對嬰兒產(chǎn)生束縛。伴隨著嬰兒呼吸時腹部的起伏，羅紋織物的長短也發(fā)生相應(yīng)的變化，電阻也隨之改變，再通過傳感器的傳輸輸出結(jié)果，最終達到檢測嬰兒呼吸狀況的目的，減輕了看護人壓力的同時提高了嬰兒睡眠時的安全性。

3.1.2 老年人智能服裝

中風是一種對老年人影響極大的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)顯示，中風是世界上第二大殺手，中風患者不僅死亡率高，其留下的后遺癥更是嚴重影響了患者基本的生活和自理能力。中風發(fā)病率逐年上升，其中手部肌肉痙攣的老年患者 尤 為 普 遍［4］。對 此，KORZENIEWSKA Ewa等［5］針對手部癱瘓的中風患者研發(fā)了一款輔助康復(fù)治療的Tip Stim手套。該智能手套基于柔性基板和物理氣相沉積工藝，在紡織基片上制備導(dǎo)電薄膜，利用電極釋放電流刺激患者指尖，以提高中風患者的手部靈敏度，幫助其恢復(fù)手部肌肉力量和知覺。相比其他手部康復(fù)機器人，這款康復(fù)手套對患者的手部靈敏度包容性更大、柔軟性更好，使用感受更為舒適。

除了中風，近年老年人罹患阿爾茨海默癥的比例也有所增加。患病老人會出現(xiàn)記憶弱化、失憶等癥狀，極容易造成走失的嚴重后果。對此，青島大學(xué)江亮、陳少娟帶領(lǐng)團隊研發(fā)了一款針對老年人的GPS可定位智能服裝，可隨時在APP端查看穿著者的位置信息。這款智能服裝能量來源廣泛，除了蓄能電池供電外，還在背部設(shè)計了太陽能電池收集能量，老年人在白天戶外鍛煉時太陽能電池就能夠自動充能并存儲，夜晚釋放能量進行供能；衣身使用彈性氨綸紗線對傳感材料進行包裹編織，手感柔軟舒適、輕薄透氣，不影響穿著體驗感。該智能服裝的使用范圍非常廣泛，兒童、寵物等易走失的群體都可使用。

3.2 按功能分類

3.2.1 生活娛樂用智能服裝

隨著物質(zhì)生活的滿足和生活質(zhì)量的提高，人們的精神需求也越來越受到重視，智能服裝的發(fā)展也給人們的生活帶來了新的生機。光子纖維是能夠創(chuàng)造、傳播和探測光子的纖維［6］。通過特定的編織方法制作成光子布，在不同光線的照射下可以顯現(xiàn)出不同的色彩。光子纖維一般在舞臺服裝中使用較多，該服裝在燈光明亮時看起來跟普通演出服無異，一旦燈光變暗，或是舞臺射燈的角度發(fā)生了改變，由光子纖維制作而成的演出服便會散發(fā)五顏六色的光芒，大大增加了舞臺的科技感和觀賞性，給人耳目一新的觀感。POLUCHO?VICH Iryna等［7］使用發(fā)光二極管技術(shù)，在保證舞蹈演員舒適度的前提下設(shè)計了一種可以用智能手機整體控制的智能舞蹈服裝，舞美人員可以根據(jù)需要，在該系統(tǒng)的中央控制下對燈光進行整體設(shè)計，進一步提升了觀眾的觀賞感受。

復(fù)旦大學(xué)彭慧勝團隊自主研發(fā)的全柔性織物顯示系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了大面積柔性顯示織物和智能集成系統(tǒng)，將顯示器件的制備與織物的編制過程相融合，還可以反復(fù)彎折、水洗?？椢锸褂冒l(fā)光經(jīng)線和導(dǎo)電緯線這種獨特的搭接結(jié)構(gòu)，使用“限域涂覆”的制備路線，將發(fā)光材料涂層均勻、多次負載在柔性高分子材料上，使其可以耐受上百次的洗滌。

此類可發(fā)光智能服裝還可能被運用在日常服裝或交通工具上，如極地科考、地質(zhì)勘探、夜間騎行服等，通過主動發(fā)光代替?zhèn)鹘y(tǒng)的被動反光，有效降低事故發(fā)生率。

3.2.2 醫(yī)療衛(wèi)健用智能服裝

不同于傳統(tǒng)意義上的智能服裝，用于醫(yī)療衛(wèi)健功能的智能服裝，更加注重其環(huán)保和健康的需求。最初，在這類行業(yè)中，紡織品更像是一個載體，一個電子產(chǎn)品的承載物，可以監(jiān)測人體生命體征并收集數(shù)據(jù)［8］。隨著科技的發(fā)展，人們開始探索這類智能服裝更大的可能性，即在智能監(jiān)測獲取數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，加以大數(shù)據(jù)及算法的支撐，將體量龐大的監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成簡單易懂的分析結(jié)果呈現(xiàn)出來，以便醫(yī)師隨時掌握患者的身體狀況，及時調(diào)整治療方案。

Biosensics公司研制的LEGSys?（運動評估和步態(tài)系統(tǒng)）是一種基于可穿戴運動傳感器的便攜式步態(tài)評估系統(tǒng)，支持多個高精度慣性傳感器，實時捕捉多處腿部運動細節(jié)，還可以將數(shù)據(jù)通過藍牙傳輸?shù)紸PP上方便查看和評估［9］。該系統(tǒng)最大的優(yōu)點是不局限于實驗室里，使用者可以在不同的地面、穿著不同鞋子的情況下長時間使用。這種步態(tài)分析對于神經(jīng)系統(tǒng)的康復(fù)治療有著至關(guān)重要的作用，有時甚至可以改變手術(shù)決策［10］。

盲人群體也一直備受社會各界的關(guān)注，他們主要是通過觸覺、聽覺感知世界，這就代表著盲人永遠無法欣賞圖畫。張運維［11］設(shè)計并研發(fā)的色彩傳感智能手套，可以讓盲人也“看”到圖畫。他將顏色傳感器、溫度傳感器等電子元件嵌入手套中，戴上這種手套后觸摸圖畫，手套就會根據(jù)畫面顏色的變化產(chǎn)生相應(yīng)的溫度變化，盲人群體就可以感知到畫面的顏色和形狀了。

BARIYA Mallika團隊［12］設(shè)計了一種能夠自主收集被測者汗液的手套，被測人員只需進行日常的行為活動，無需使用化學(xué)或者熱處理的方式進行主動刺激，汗液就可以被收集起來，這種自然狀態(tài)下的汗液被認為更具有效性和代表性。該手套有多個區(qū)域傳感平臺，分別分布于指尖、手掌、手背等汗腺較多的位置，手套使用的是丁腈橡膠材料，具有不透水的特性，可以有效避免汗液的蒸發(fā)，最大程度地積累被測者的天然汗液。

相比其他類型的智能服裝，醫(yī)療衛(wèi)健類智能服裝的需求更為迫切，因為它不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代科技的發(fā)達，更是一種生命的平等和人文的關(guān)懷。

3.2.3 特殊行業(yè)用智能服裝

智能服裝的研發(fā)最開始是為了軍工領(lǐng)域的使用，后逐漸進入各行各業(yè)，在特殊工種的行業(yè)使用尤其廣泛。

偽裝技術(shù)是現(xiàn)代作戰(zhàn)中非常重要的作戰(zhàn)策略，迷彩服、吉利服的出現(xiàn)使得偵察探測手段也隨之升級，這就對現(xiàn)代偽裝裝備、器材提出了更高的要求，如可以隨著地形、環(huán)境的變化而產(chǎn)生變化。美國賓夕法尼亞大學(xué)研制的隱形外套，可將被覆蓋物“隱形”，通過“吸收”光線，阻止物體表面產(chǎn)生反射進行偽裝；日本東京大學(xué)研制的“透明服”是利用其背后的攝像機，將服裝遮擋的影像傳送映射到服裝的正面，從而與環(huán)境融為一體，達到隱形的效果［13］。

新型紡織材料在軍用服裝中也很常見。有一種叫聚苯并咪唑（PBI）的高吸水性纖維，它具有耐高溫阻燃、化學(xué)穩(wěn)定性好、良好的力學(xué)性能及燃燒時毒氣釋放量少等優(yōu)良性能［14］，它的吸水性是棉花的2倍，非常適合長時間在高溫密閉環(huán)境下作戰(zhàn)的坦克兵穿著。當士兵大量出汗時，其優(yōu)良的吸濕放濕性能可以迅速吸收人體表面的汗液，給人以清爽之感，提高了士兵舒適感的同時也有助于提升作戰(zhàn)專注度。該材料也被廣泛應(yīng)用于航空航天、國防軍工等技術(shù)領(lǐng)域［15］。

在日常生活中，建筑工人的工作環(huán)境通常非常惡劣，智能勞保服裝配溫濕度傳感器、心率血氧傳感器等電子元件，結(jié)合無線傳輸技術(shù)實時監(jiān)測人體溫濕度和心率的數(shù)據(jù)，可在工人發(fā)生中暑、昏厥等危險情況出現(xiàn)時及時發(fā)出警報，保障了建筑工人的生命安全［16］。

3.3 按紡織材料和電子元器件分類

目前智能服裝的探索主要集中在兩個方面，一是從紡織材料入手，即對織物本身進行研究改性，使現(xiàn)有的纖維特性達到增強或拓展效果，或是利用纖維本身特點及特殊的交織方式為人們提供更多的功能；另一方面則是從電子元器件入手，將信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、芯片技術(shù)等應(yīng)用在服裝中，發(fā)揮類似電子產(chǎn)品的效果［17］。

3.3.1 以紡織材料為主導(dǎo)的智能服裝

從紡織材料入手的智能服裝是指通過對不同特性的纖維進行有機整合，運用特定的織造方法以滿足使用者的需求，并遵循以人為本原則設(shè)計的多樣化功能服裝［18］。這類智能服裝不依賴芯片等電子元器件實現(xiàn)附加功能性，而是從織物和面料本身入手進行重點研發(fā)。

近期，日本電子零件制造商村田制作所和紡織品制造商帝人富瑞特公司共同研發(fā)而成的PIECLEX纖維，在穿著者進行運動時會進行收縮，這種變化所產(chǎn)生的微量電能可以殺死附著在纖維上的細菌和病毒。試驗證明，使用該款纖維制作而成的服裝、口罩，可以有效抑制99%的細菌和病毒的生長、繁殖。研發(fā)團隊表示，未來將對該纖維進行進一步的測試及改良，以期對抗肆虐全球的新冠肺炎病毒。

除了從織物本身入手，智能服裝還可以從面料的特性入手進行設(shè)計開發(fā)。染整是對環(huán)境污染最為嚴重的工藝環(huán)節(jié)，尤其是對水資源的浪費和污染極其嚴重，童裝所使用的布料顏色又最為鮮艷多彩，再加上生長期兒童身高變化快、更新頻繁、重復(fù)利用率小、沒有合理的回收體系，對環(huán)境造成了極大負擔。對此，英國設(shè)計師利用一種特殊面料的褶皺特性，設(shè)計了一款可以根據(jù)身高體型拉長拉寬的服裝，減少了成長期兒童服裝的更替頻率，解決了成長期兒童服裝的使用率低和生命周期短的浪費問題，綠色環(huán)保［19］。

3.3.2 以電子元器件為主導(dǎo)的智能服裝

以電子元器件為主導(dǎo)的智能服裝更強調(diào)可穿戴性，主要是將傳感器、無線通信、多媒體等電子技術(shù)嵌入到可穿戴服飾中，如服裝、手鐲、眼鏡、手表等，使電子產(chǎn)品變得小型化、便攜化，并以服飾為載體發(fā)揮其功能性［20］。

美國的服裝品牌Arrow就采取了這樣的思路，他們推出了一款適合商務(wù)人士穿著的智能襯衫，只需輕輕一碰就可以將自己的電子名片和社交賬號傳遞到客戶手機中。其原理是襯衫的袖子紐扣中含有一個NFC元件，不僅大大提高了社交效率，還避免了紙質(zhì)名片不易保存、容易丟失的弊端，更減少了實體紙張的使用，符合環(huán)?？沙掷m(xù)的發(fā)展觀念。另外，韓國的三星公司也推出了可以配合三星手機使用的智能袖扣，無需實體銀行卡或手機掃碼，直接將袖口的扣子靠近支付端即可完成支付，目前這種技術(shù)已在30多個國家投入使用［21］。

江南大學(xué)紡織服裝學(xué)院研發(fā)制作的智能定位報警服裝，與手機APP連接后，意外發(fā)生時手機可以自動聯(lián)系緊急聯(lián)系人并發(fā)送位置。與此同時，服裝會自動報警，大大提高了穿著者的安全性，使用人群涵蓋兒童、老人和經(jīng)常走夜路的女性等。最重要的是，這款智能服裝可以像普通服裝一樣進行重復(fù)水洗，且水洗后功能不受任何影響［22］。

4 智能服裝的展望

目前智能服裝多是停留在實驗室的產(chǎn)品，沒有真正走入市場。究其原因是因為這類智能產(chǎn)品的生產(chǎn)成本過高、還未做到產(chǎn)業(yè)化，導(dǎo)致其售價較貴。因此，建立一個基于自動化系統(tǒng)的智能服裝工廠，提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本并在市場上進行響應(yīng)式生產(chǎn)是非常必要的。智能服裝唯有走下神壇、走入工廠才有可能讓人們享受到它帶來的便利，只有這樣，智能服裝才能在實踐中不斷更新、不斷完善，煥發(fā)出長久的生機。

作為科研人員，研發(fā)時可能無法做到像設(shè)計師一樣，以消費者的需求為目的進行研發(fā)；而設(shè)計師在設(shè)計產(chǎn)品時多以利潤為先，缺乏創(chuàng)新性和前瞻性。這就需要研發(fā)人員和設(shè)計師共同努力。研發(fā)人員應(yīng)注重于開發(fā)減少使用者穿戴負擔的產(chǎn)品，將“智能”化沉重為輕巧，化有形為無形，化有感為無感，真正實現(xiàn)與服裝本身融為一體，可以隨意折疊、洗滌，并像普通衣物一樣易于護理；設(shè)計師應(yīng)在設(shè)計時考慮批量生產(chǎn)，既要保留產(chǎn)品本身的功能特性，也要考慮批量生產(chǎn)的工藝流程和成本費用，實現(xiàn)與工廠對接，避免讓產(chǎn)品僅存在于實驗室里和各類大賽中，反而經(jīng)不起市場和消費者的考驗。

現(xiàn)階段的智能服裝多運用于內(nèi)衣上或配飾中，造型簡單、沒有設(shè)計感，多是將電子器件和服裝簡單相加，沒有創(chuàng)新性。要想使智能服裝被年輕人所接受，時尚美觀的設(shè)計是必不可少的。在進行智能服裝的功能設(shè)計時，絕不可以將服裝對人體的裝飾性舍棄。另外，“一物多用”的生活觀念也應(yīng)被引入到智能服裝的概念中來，一件智能服裝可以同時具備多種功能，既節(jié)約了資源，又簡單便捷，還有助于促進多學(xué)科交叉融合。

環(huán)保、綠色是一個永恒的話題，未來智能服裝的研發(fā)也必須考慮到可持續(xù)發(fā)展的需求。除了在面料和內(nèi)置電子元器件的選擇上需要盡量減少污染、避免浪費、節(jié)約資源以外，在智能服裝本身的面料選擇上也應(yīng)遵循可重復(fù)利用的標準。研發(fā)和設(shè)計的同時就要考慮到該產(chǎn)品廢棄后哪些部分可以再循環(huán)再利用，哪些部分需要進行哪種處理能夠?qū)Νh(huán)境產(chǎn)生最少的污染。未來，信息化的持續(xù)發(fā)展將會實現(xiàn)把智能服裝所采集的數(shù)據(jù)全球互聯(lián)互通，為大數(shù)據(jù)分析提供更廣泛的樣本和更可靠的數(shù)據(jù)，使全世界、全領(lǐng)域可以共同享有該數(shù)據(jù)庫，讓智能服裝更好地造福人類。