纖維材料與可穿戴技術的融合與創新

李　蕾

纖維材料與可穿戴技術的融合與創新

李蕾

（湖南工藝美術職業學院湖南益陽413000）

科技正在改變人們的生活方式，可穿戴技術仍有可供挖掘的潛力，比如，如何讓穿戴產品變得更加輕巧方便、功能更加齊全等，是未來研究和創新的方向，纖維新材料新技術的開發試圖將纖維材料與可穿戴技術融合并創新。

纖維材料；可穿戴技術；融合與創新

當前可穿戴技術的穿戴質感不足，以及產品功能較為單一，是影響可穿戴技術進一步發展的重要因素，這也是人們對可穿戴技術的更高要求，而纖維技術應對智能社會的發展需求，以智能、綠色、超能纖維為方向，提出“大纖維”思維，可預見地將新型纖維材料與可穿戴技術有效融合與創新。

1 纖維材料與可穿戴技術綜述

1.1 纖維材料

以往提及纖維，人們的認知是衣食住行息息相關的原材料、制衣用的棉麻絲線，又或是營養極高的膳食纖維。其實，作為構成物質世界和生命體的基本組成單元，纖維無處不在，主要有動物纖維、植物纖維、礦物纖維三大類，隨著科技的不斷發達，科學家們對纖維材料的定義已經發生了很大程度的改變，由于納米材料、高分子、纖維改性等技術的應用，纖維材料變得越來越智能化，被賦予了光學、電學、信息學、生命學概念，已經成為高科技產物，應用范圍大大突破了紡織行業。在2014年底，由紡織工程、工業自動化、半導體、科技等行業的優秀工作者或科研者自發組建工作小組，關注德國未來紡織計劃，經過一年多的研究，率先取得突破，在全世界范圍內正式提出“大纖維”這一創新概念，深入鉆研大纖維的創新與應用。

1.2 可穿戴技術

可穿戴技術，顧名思義即是指將高科技技術融入人們的衣服或佩戴的配件之中，讓人們的生活變得高度智能化。該理念產生于20世紀60年代，經過時代的變遷完成了數次改革創新，終于實現了互聯網技術應用在可穿戴方面的理念，主要應用領域是民眾身體安全和社交，比如智能電子手表和手環等，能夠在社交的基礎上測試心率、體重、血壓、血糖、睡眠、疲勞度和皮電反應等生理指標，盡早發現健康問題，其他的諸如身份識別、個人助力、適配電子等功能，都是在此基礎上衍生的輔助功能，而更強大的虛擬現實功能則還在開發之中，然而現代可穿戴技術也有缺點，總結有以下3方面：（1）續航時間短；（2）穿戴舒適感不足；（3）功能可以進一步開發。總的來說，可穿戴技術作用在移動監測健康領域有較強意義，但在其他方面的意義卻不大，成了人們獵奇的“樣子貨”。

綜上所述，將纖維材料與可穿戴技術融合并創新，設備更貼合環境與人體，佩戴更加舒適與方便，樣式更加多樣，是一場技術性的變革。

2 纖維材料和可穿戴技術的融合和創新

2.1 柔性可穿戴技術

如果告訴你纖維材料能夠發光、發熱、儲能、能夠實現對信息的感知、計算、通信、你會有什么樣的反應？現在正在爆發這樣一場纖維材料的革命，即為“大纖維”，以先進纖維材料為基礎，應用在多角度、多結構的產業鏈中，纖維材料和可穿戴技術的融合，最主要還是在紡織行業。因此，這里主要還是以分析紡織行業為主，即為：柔性可穿戴技術[1]。

柔性智能可穿戴技術是涉及多個學科的綜合性應用，觀念區分無非只有兩種，第一種為將智能器材嵌入柔性材料之中，智能器材盡可能做到體積小、容量大、功能多，以此來適應國民健康生活，例如美國Triangle公司合成了直徑15～40 μm的微膠囊，這種微膠囊具有吸放熱的作用，將其整理在織物表面，根據外界環境的改變而引發功效，使體感溫度保持在一個最舒適的范圍。第二種則是直接研發智能纖維材料，讓其制作的衣服能具有特殊功能，例如英國紡織機構研究鎳鈦合金纖維，將其固定在服裝內部，一旦接觸高溫，鎳鈦合金纖維的記憶功能啟動，防止燙傷，這都是纖維材料與可穿戴技術融合的例子。

2.2 纖維材料的標志性特點探析

將纖維材料與可穿戴技術融合，無非就是利用纖維材料的科技性質，下文對其中幾個具有特點的性質進行分析。

（1）纖維的視覺：纖維能夠感知并識別外界信息，這一點如果應用在可穿戴技術中，將會非常便利，比如纖維的視覺，2012年谷歌的穿戴式IT產品——谷歌眼鏡，正是揭開了可穿戴技術在視覺領域的運用，一個右眼外側的攝像頭，以及喇叭、麥克風、陀螺儀傳感器、電池等基本構建，實現了聲控、導航、照相與視頻聊天等功能，發展到現在，疫情影響下的地鐵口檢查較為復雜，檢查人員運用頭戴式的檢查器材，通過光啟熱成像技術檢測體溫，還可以對過往人員、車輛的身份信息進行檢測，并具備語音翻譯、實時直播、前后臺互動、大規模協同作戰等功能，讓繁雜的防疫工作輕松化，有較強的現實意義，在此基礎上，有沒有可能進一步優化，除去頭盔只使用一個眼鏡，又或是在全封閉的警服上開辟一塊電子板，檢測結果由警服直接傳輸給耳朵呢？值得探索[2]。

（2）纖維的聽覺：纖維也具有聽覺，為了讓纖維辨別聲音，研究人員將電子材料融入纖維之中，最終制成成品，簡單來說就是，人們喜歡一邊跑步一邊聽音樂，但不管是有線還是無線耳機，都會很容易掉落，一旦具有聽覺的纖維嵌入衣服中，就不用再往耳朵里塞東西了，向衣服發出指令，播放音樂，衣服上的纖維會形成振動波長，會把聲音傳到耳朵中。

（3）纖維的觸覺：纖維觸覺的研究要早很多，1977年，Smith-Kettlewell研究所視覺科學院的C.C. Colin為盲人做了一款背心，它把頭戴式攝像頭獲得的圖像通過背心上的網格轉換成觸覺意象，讓盲人也能“看”得見，今后的纖維新型材料與可穿戴技術融合更徹底，能夠通過放松按摩、釋放腦電波來實現助人睡眠等功能。

（4）纖維的光學：研究變色纖維，變色纖維會在不同的光學環境產生不同的色彩，又或是在纖維衣物里儲存的能量作用下，實現自主調節色彩，這對服裝界的影響無疑是巨大的。

（5）纖維的儲能：纖維的儲能現在看來大多還是電能，了解和制作能夠發電、儲電的纖維材料，就能因此制做出能夠發電的衣服，并且這種研究已經完成，研究人員發明了一種名為“取向碳納米管纖維”的獨特材料，制成纖維碳納米管電池，然后制成衣服，已能實現發電功能，并且電量充足，那能否在纖維儲能項目上探索生物能方面的研究，這無疑是可以研究探索的課題[3]。

（6）纖維的其他功能：其他功能包括升溫降溫、纖維記憶功能等，上文或多或少都有提過，這里不再贅述。

總的來說，將“大纖維產業”和可穿戴技術適時融合，是可穿戴技術的突破性發展，讓可穿戴產品更輕柔、更靈巧，適宜人們的生活活動，滿足人們需求，同時讓功能更加多樣，真正做到讓科技改變生活。

3 纖維材料與可穿戴技術融合和創新的發展前景

（1）纖維材料和可穿戴技術的融合和創新，最終的目的一定是為了適應人們的生活需求，因此，需要將可穿戴產品變得更加輕柔、更加易于佩戴，研究更高效的儲能手段，避免人們因為充電太過頻繁而產生的對可穿戴產品的不適，例如，人們通過佩戴腕表來檢測心律，但腕表還是太過沉重，是否可以用具有特別功能的“創可貼”來代替？

（2）可穿戴技術依靠“大纖維產品”的特殊功能，讓可穿戴產品的功能也變得多樣化，智能服裝能通過纖維收集著裝者的心跳數、姿勢、位置、心電圖等，及時了解其健康狀況，又或是利用纖維的特性，制成具有特殊功能的衣物，例如可以檢測孕婦子宮活動的職能服裝，可以智能變色的軍用迷彩服，可以有高耐熱性的消防員救險服。這里說的智能服裝可以說是各種功能元器件的集成系統，對各種纖維的結構和功能有了更高要求，功能也就更加多樣[4]。

（3）可穿戴技術與大數據聯合，從數據的收集演變成為數據的處理，同時讓數據的處理的效果變得更好。

（4）讓人機交互變得更簡單，以往人機交互相對簡單，人機交互主要通過指尖操作，而演變成了手勢操作的模式，以后的可穿戴技術，能否利用纖維新材料的優秀感知，進而使用意念進行操控？這并非不可能，現階段已經開發出意念頭盔，通過藍牙與其他設備相連，通過意念頭盔，就能夠傳達出自己的意念命令，從而實現神奇的“意念力控制”，但當前的意念操作相對粗糙，距離大型商用還有很長的路要走。

4 小結

纖維材料引發的“大纖維”革新，發展和挖掘潛力巨大，如果能和可穿戴技術進行有效的融合與創新，勢必會讓可穿戴產品更加輕柔、功能更加全面，進而讓可穿戴技術應用到更廣泛的行業之中去，不過纖維材料和可穿戴技術的融合應用，必定涉及眾多學科范疇，好需要進一步研究與開發才行。

[1]王棟,卿星,蔣海青,等.纖維材料與可穿戴技術的融合與創新[J].紡織學報,2018,39(5):155-159.

[2]米晴.基于織物纖維的可穿戴傳感研究[D].2018.

[3]李勇.柔性可穿戴纖維狀超級電容器的構建與性能研究[D].北京科技大學,2018.

[4]萬雪芬,蔣學芹,海涵.物聯網可穿戴式設備研發人才工程化培養教學探索[J].紡織服裝教育,2019,34(4):301-303;321.

李蕾(1987- )，女，漢族，湖南長沙人，碩士，助教，研究方向：首飾設計與工藝。

TP212

A

2095-1205(2020)05-67-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2020.05.33