智能服裝的發(fā)展現(xiàn)狀

胡瑤++梁麗君++李津

智能服裝將最新科技與傳統(tǒng)紡織及服裝設(shè)計(jì)與工藝相結(jié)合，綜合材料、電子、機(jī)械、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、信息、通訊等工業(yè)最新技術(shù)成果，在多學(xué)科技術(shù)相互滲透下，內(nèi)涵不斷延伸，技術(shù)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)持續(xù)升級(jí)，促使整個(gè)紡織服裝行業(yè)由勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

歐美國(guó)家近二十年來(lái)對(duì)于智能服裝的發(fā)展非常重視，心電和呼吸監(jiān)控智能服裝逐漸應(yīng)用到醫(yī)院護(hù) 理和家庭護(hù)理當(dāng)中，提高了病人的生活質(zhì)量，同時(shí)也大大降低了護(hù)理的成本。由于目前智能服裝還不能很好地將傳感器、電子器件、電源器件和導(dǎo)線不顯眼集成到服裝中，因此用于長(zhǎng)期健康監(jiān)控的智能服裝的舒適性有待改進(jìn)。高穩(wěn)定性和高精度的柔性傳感器技術(shù)、超低功耗電子技術(shù)和新型服裝加工技術(shù)是智能服裝應(yīng)用和發(fā)展的基礎(chǔ)，這些技術(shù)部分還處于產(chǎn)業(yè)化前期，因此要把這些技術(shù)整合實(shí)現(xiàn)具備高精度、高穩(wěn)度性測(cè)量、高舒適性和長(zhǎng)時(shí)間續(xù)航的智能服裝還需要一定的時(shí)間。

近年來(lái)我國(guó)在智能服裝領(lǐng)域也取得了一些進(jìn)步，相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)具備進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣的潛力，但是由于應(yīng)用智能服裝作為人體健康監(jiān)控和預(yù)警是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)將穿戴智能服裝的個(gè)體、移動(dòng)設(shè)備、醫(yī)療機(jī)構(gòu)和醫(yī)護(hù)人員這些節(jié) 點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，才能為人們的健康監(jiān)控和疾病預(yù)防提供最佳的服務(wù)。

長(zhǎng)期以來(lái)，困擾智能服裝的問(wèn)題是低電池容量、電子設(shè)備的高能耗和柔性傳感器（尤其是高精度和高穩(wěn)定性柔性傳感器）的缺乏。近年來(lái)，低功耗電子設(shè)備、柔性電池和高容量電池發(fā)展迅速，柔性傳感器已經(jīng)成為了智能服裝的瓶頸。因此，柔性傳感器材料的研究也成為了目前研究的熱點(diǎn)。通過(guò)解決柔性傳感器和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的瓶頸技術(shù)，智能服裝能夠在慢性疾病監(jiān)控預(yù)警和老年人護(hù)理中發(fā)揮重要的作用，其市場(chǎng)潛力非常巨大。在為人們提供更好的健康服務(wù)的同時(shí)，也能緩解醫(yī)療機(jī)構(gòu)和養(yǎng)老機(jī)構(gòu)的壓力，具有很好的社會(huì)效益。智能服裝的研發(fā)過(guò)程中還涉及到三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

（1）高精度與高穩(wěn)定性柔性傳感器的的制備技術(shù)

柔性傳感器能夠監(jiān)測(cè)人體的心電、呼吸、血氧、汗液成分、人體溫度、人體運(yùn)動(dòng)狀況、人體尺寸變化等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)生理參數(shù)，是智能服裝感知人體生理信號(hào)和獲取外界環(huán)境變化的關(guān)鍵部件。新型柔性傳感器的開發(fā)和柔性傳感器的精度與穩(wěn)定性的提高是急需解決的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)大比表面積、自粘附、生物兼容的新型柔性導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料的研發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)人體生理信號(hào)的長(zhǎng)期穩(wěn)定測(cè)量的高效傳感器的研發(fā)。

柔性傳感器是連接電子設(shè)備和人體之間的關(guān)鍵感知元件，柔性傳感器是將導(dǎo)電材料和柔性基底結(jié)合形成電阻型、電容型、電感型或壓電型傳感器，目前研究最多的是電阻型傳感器，歐洲的MyHeart項(xiàng)目就是以鍍銀織物為傳感器采集人體的心電信號(hào)，香港理工大學(xué)的Small sensors 項(xiàng)目在良好彈性針織織物表面涂上導(dǎo)電薄層形成柔性電阻傳感器，已經(jīng)應(yīng)用到鞋底壓力分布測(cè)量、人體運(yùn)動(dòng)測(cè)量。柔性傳感器的穩(wěn)定性和可重復(fù)性是目前研究的重點(diǎn)，最近幾年，制作纖維級(jí)柔性傳感器、柔性生物傳感器和柔性芯片也受到越來(lái)越多的關(guān)注。

（2）智能服裝的制備技術(shù)

智能服裝能夠感知人體的生理參數(shù)的變化和外界環(huán)境的變化，并做出相應(yīng)響應(yīng)以保護(hù)人體免受外界傷害或?qū)θ梭w自身生理參數(shù)異常變化做出預(yù)警。傳感器、電子設(shè)備和線路不顯眼地集成到服裝并且不影響人體的服用舒適性是智能服裝制備的關(guān)鍵技術(shù)，低功耗電子設(shè)備、小尺寸柔性傳感器和柔性電路技術(shù)可以滿足高性能智能服裝的制備要求。

智能服裝的制備主要是將傳感器、電子器件、電源器件和導(dǎo)線集成到服裝中，柔性電池和可拉伸的柔性電池已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)，柔性導(dǎo)線直徑能達(dá)到0.3mm甚至更小，電子元器件的低功耗能夠滿足使用電池供電進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的要求。絲網(wǎng)印技術(shù)與高性能納米復(fù)合材料能夠?qū)崿F(xiàn)在服裝上印制穩(wěn)定的電路和導(dǎo)線，微納米加工技術(shù)能夠不顯眼地將微型芯片直接植入到服裝的某個(gè)部位，使智能服裝與普通服裝不會(huì)有明顯的差異，這種高度集成的智能服裝是未來(lái)智能服裝發(fā)展的方向。

（3）柔性傳感器和智能服裝的評(píng)價(jià)技術(shù)

2009年，香港理工大學(xué)開發(fā)了用于表面生物電干電極動(dòng)態(tài)噪聲性能測(cè)試的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。近幾年，天津工業(yè)大學(xué)研制了一系列織物傳感器的力學(xué)電學(xué)性能測(cè)試儀器，能夠用于壓電壓阻傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試。智能服裝的服用舒適性是其重要的性能指標(biāo)，香港理工大學(xué)研制的Walter暖體假人能夠?qū)Ψb的熱濕舒適性進(jìn)行科學(xué)客觀的評(píng)價(jià)。

新型柔性傳感器和智能服裝性能評(píng)價(jià)是提高質(zhì)量的重要手段。通過(guò)開發(fā)和應(yīng)用柔性傳感器測(cè)試儀器，對(duì)柔性傳感器的靈敏度、精度、穩(wěn)定性、重復(fù)性和遲滯等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試，通過(guò)人工氣候室和暖體假人對(duì)智能服裝的舒適性進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)。

隨著電子技術(shù)、材料技術(shù)和互連網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，科技投入力度的逐年加大，以及大公司的介入，智能服裝領(lǐng)域已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步。隨著柔性傳感器技術(shù)和柔性材料微納米加工技術(shù)的快速發(fā)展，智能服裝將有望突破技術(shù)瓶頸，擁有巨大的市場(chǎng)潛力。相比較于現(xiàn)有的智能可穿戴設(shè)備，無(wú)疑集成柔性傳感器的智能服裝能夠更好地與人體結(jié)合，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)的監(jiān)控而不對(duì)人們的生活產(chǎn)生任何不便，智能服裝將能夠?yàn)楝F(xiàn)有的醫(yī)療和養(yǎng)老模式變革提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，因此，可以預(yù)見未來(lái)智能服裝將有一個(gè)非常巨大市場(chǎng)規(guī)模。