智能可穿戴技術在服裝設計中的應用與挑戰

李立立，孫僮

（齊齊哈爾大學 美術與藝術設計學院，黑龍江齊齊哈爾 161003）

0 引言

智能可穿戴技術是一種結合了電子傳感器、計算能力和通信功能的智能化技術，將其嵌入到人們的衣物服裝、配飾或其他可穿戴物品中，可為穿戴者其提供數字化信息和服務，通過人機交互與反饋可以有效提高消費者的體驗感和使用質量，亦成為了當下服裝智能化設計的重要手段。現階段，智能可穿戴技術已經被廣泛應用于服裝領域之中。截至2022年11月，根據中國專利技術局數據顯示，我國在智能可穿戴技術方面的專利已申請授權24 092項[1]，是全球擁有可穿戴技術專利最多的國家。隨著智能穿戴設備市場的高速發展，國內智能服裝行業市場規模也將進一步的擴大，智能可穿戴技術在服裝設計中的應用也將更為深度化與普及化。為此，本文集中探討智能可穿戴技術在服裝設計中的應用內容。

1 智能可穿戴技術概述

1.1 技術原理

智能可穿戴技術近年來一直是電子織物、服裝行業和時尚設計研究領域的熱門話題，其技術原理是通過多媒體、傳感器和無線通信等技術嵌入在服裝之中，即通過穿戴設備支持身體觸碰（操作）等多種交互方式，可以有效追蹤和監測用戶的身體數據、活動量和環境信息[2]，并通過與物聯網之間的連接，將穿戴者生物數據傳輸到互聯網云端裝置中進行分析和處理，使其能夠與穿戴者提供個性化的服務和功能，具體過程如圖1所示。

圖1 服裝中的智能可穿戴技術原理Fig.1 Principle ofintelligent wearable technology in clothing

1.2 應用特點

智能可穿戴技術在服裝設計中通常配備了多種傳感器，例如加速度計、陀螺儀、心率傳感器等，并通過內置的處理器和機器算法，能夠對收集到的各類數據進行實時處理和分析，從而為穿戴者提供個性化的健康監測及身體數據顯示，實現服裝體感分析等功能，具有智能化、精準化、實時化特點。同時，智能可穿戴技術還可通過語音識別、藍牙、Wi-Fi等無線通信技術對其進行控制和操作，以強化穿戴者的交互性體驗為根本，在此過程中穿戴者通過與智能手機、電腦等設備實現數據傳輸和互聯互通。因此，智能可穿戴技術還體現在智能化、數據化及互動性等特點。

2 智能可穿戴技術在服裝中的應用

2.1 保健服裝

保健服裝通常可對人體提供額外的健康保護功能，以改善使用者的健康狀況為目的。近三年來，隨著全球疫情大流行蔓延，健康監測和日常保健成為了大眾的普遍需求，許多中老年、專業運動員等消費群體對于保健服裝十分青睞。促使許多廠商開始嘗試將智能可穿戴技術融入在保健服裝設計中，通過融合柔性電子技術、特殊材料及內置傳感器等進行開發，例如壓縮服裝、紅外線服裝、磁療服裝、按摩服裝等。

以Aira Wear推出的可穿戴式按摩服夾克為例，夾克背部內置了跟蹤傳感器（用以對穿戴者姿勢的跟蹤，并進行自動膨脹）、體態評估系統、充氣泵及6個可充氣按摩模組，可為疼痛肌肉部位進行按摩，其設計的初衷是為了防治因長時間久坐或者錯誤坐姿而導致的背部疾病。同時，該款夾克在材質上選擇了棉、滌綸面料，內置充氣泵則采用熱塑性塑料制作而成，僅有700g重，評估系統通過Biodata Feedback應用實時將體態數據反饋到穿戴者移動設備之中，穿戴者可隨意調節按摩力度和方式，具有輕量化、舒適性、智能化特點。

2.2 醫用服裝

醫用服裝是醫務人員在醫療環境中穿著的專業服裝，旨在為醫務人員和患者提供日常防護和衛生保護。現階段，智能可穿戴技術在醫療服裝領域已經有了許多成功的經驗和案例，如具備ECG功能的醫用監護服、帶有血氧傳感器功能的醫用服裝等[4]，為醫療服務帶來了極大的便利。同時，由于醫用服裝市場潛力巨大，國內許多高校科研院所也開始嘗試將智能可穿戴技術融入在醫院服裝設計之中，試圖對醫用服裝的功能、材料、衛生要求及特殊用途進行開發。

以云南大學開發的黑白仿生醫用治療可穿戴式織物為例，將炭黑納米顆粒具有雙溫調控功能的聚丙烯腈仿生材料制作成納米服裝織物，患者穿在身上可以夏天涼爽冬日暖和，通過摩擦納米發電實現自供電。其開發設計初衷是受企鵝黑白皮毛微觀機制的啟發，并融合了納米材料結構及光學特性的調控，服裝內部結構中內置了戶外人體溫度調控器、密碼信息傳輸系統及自供能傳感器等，有效解決了傳統可穿戴醫用服功能單一以及靈敏度低等問題。

2.3 運動服裝

運動服裝一直是智能可穿戴技術深耕融合的領域之一，傳統運動服通常采用透氣、吸濕排汗的材質，如聚酯纖維、棉質混紡、納米顆粒涂層等，以保持穿戴者的身體干爽和舒適。隨著現階段大眾運動意識增強以及對運動服性能需求的多樣化，對于具有精致、微型化特點的可穿戴式運動服購買欲望逐漸提升。例如OMORPHO開發的負重背心G-Vest+（可穿戴式數字健身服）、Sensoria研發的智能運動襪（襪內配置智能腳環）、Hexoskin Smar可穿戴式緊身運動衣（可監測人體運動數據）等產品，普遍具有緊身性強、回彈性高、物理性能強的特點，且在結構設計上符合人機習慣，人體壓力緩沖性能良好，在運動服的款式設計上也具有時尚、大氣的造型特點。

以圖2由Wearable X開發的瑜伽運動褲Nadi X為例，該款瑜伽褲可以識別使用者的各種瑜伽姿勢，褲內通過在腳踝、膝蓋和臀部裝有振動電機、加速度計時器和觸覺反饋裝置，通過柔和的震動為使用者提供實時瑜伽運動狀態反饋，以防止在瑜伽過程中出現肌肉疼痛或抽筋。褲子外觀色彩設計上以黑白流線式呈現，整體款式造型呈現出時尚、簡約和科技感。

圖2 可穿戴式瑜伽運動褲NadiXFig.2 Wearable Yoga pants NadiX

2.4 安全服裝

安全服是一種專門設計用于提供保護和安全功能的服裝，被廣泛應用于各種特殊工作場所和危險環境之中，例如防火服、防化服、防刺穿服、防滑服、防靜電服等，以保護工作者免受潛在的危險和身體傷害為設計初衷[5]。智能可穿戴技術的融合，極大的豐富了安全服裝的科技性能和應用范疇，許多紡織科學研究機構通過對柔性電子技術、磁性織物、導電發熱纖維等服裝進行綜合研發，開發了具有強大安全功能的服裝產品。

以Ohmatex公司研發的智能可穿戴式消防服為例，通過將溫度感應器設計在消防服內，可為消防員在過熱的環境中活動中進行危險預警。其設計初衷是考慮到熱壓會使消防員因脫水和溫度刺激受傷，因此這款衣服通過溫控傳感器來檢測消防服外部、皮膚的溫度來推測其撤離的合理時間，目前已經在美國消防員院校中被大規模采用。

2.5 發光服裝

發光服裝通常是指利用聚合物電致發光材料（一種可穿戴式的前沿材料）制作的紡織服裝，在穿戴者的控制下可進行變化和轉換，具有可變形狀、顏色等特征，被廣泛應用于商業演出、智能服裝、戶外探險、醫療等領域。例如瑞士Sefar公司研發的自動變色演出服（由發光導電聚合物材料制作而成）、國內瑞光科技研發的光療服（利用光線輻射治療皮損）、日本東麗公司研發的熱敏變色織物Sway（一種特殊微膠囊材料，根據環境變化自動變色），這些服裝通過發光材料的融合與開發，為受眾群體提供了獨特的視覺效果、多樣的服飾功能需求及個性化的穿著體驗。

目前，在商業化領域所應用的發光服裝設計中，所采用的發光織物主要是有發光聚合物二極管、導電聚合物二極管、聚合物纖維、薄膜二極管紗線等，將LED燈嵌入在紡織紗線之中，可制作單色和彩色燈源，并通過編程語言對其進行精準控制，織物的發光效果具有響應速度快、效率高且視覺感強的特點，亦極大的豐富了服裝的形態和使用功能。

3 智能可穿戴服裝面臨的挑戰

3.1 日常使用層面

盡管當前智能可穿戴式服裝的開發熱度極高，但受制于研發材料的特殊性，絕大多數可穿戴式服裝面料普遍存在洗滌性能力較弱的現狀，智能服裝一旦洗滌可能會導致其故障，且內置的各類傳感器及電子元件，也無疑增加了服裝的的重量、厚度或剛度[6]，影響了消費者在日常使用中的舒適性和便捷性。同時，可穿戴式服裝的生產往往是一門復雜的制造工程，對生產技術和生產環境要求極高，傳統的服裝制造方式如針織、梭織、縫制等難以滿足智能電子紡織品的批量化織造。

3.2 數據收集層面

智能可穿戴式服裝通常內置各類生理傳感器、GPS定位以及攝像頭等，會涉及對穿戴者使用數據的收集和處理，其中包含了大量的個人身份信息、用戶健康信息、GPS地理位置等。在大數據時代，數據信息一旦被泄露、被竊取，可能會被非法網絡入侵，由于當前可穿戴式服裝的數據關了標準并未建立，一旦智能服裝內置系統防火墻被黑客攻破，容易給用戶帶來直接的風險損失，用戶的個人隱私保護也將會面臨著極大的挑戰。

3.3 能源供應層面

智能可穿戴式技術依托于物聯網結構，而物聯網所做的一切都需要穩定的電源支持。與其他物聯網設備相同的問題，智能可穿戴式服裝如何在保持高性能的同時盡可能高效地消耗盡可能少的能源，是當前智能服裝研發中的難題之一。

目前，絕大多數可穿戴式服裝電池采用嵌入式，其電池壽命和耐用性存在較大的問題。一旦電池壽命縮短，容易產生DOD效應、溫度效應等，導致智能服裝的功能壽命也會縮短變成普通服裝。盡管當前許多廠商和專家建議使用低功耗微控制器單元或研發太陽能充電模式或設計睡眠系統來節省能源，但由于可穿戴式服裝的開發結構難度大，一旦改進供給能源方式，織物的物聯網系統能力將面臨著極大的調整，增加設計、開發和生產的復雜性提升也必然會導致服裝產品的生產成本過高，促使許多普通水平消費者可能無緣接觸可穿戴式服裝。

4 結語

物聯網時代技術的逐漸成熟，促使消費者越來越追求更時尚、便捷、智能和人性化的服裝產品。智能可穿戴技術在服裝設計中具有獨特的應用優勢和開發潛能，可為消費者提供更為個性化、便捷及數字化的服裝體驗，同時亦能滿足不同群體、行業對不同多樣化服裝功能的實際需求。盡管目前智能可穿戴技術已逐步成熟，但在服裝設計中的融合與擴展中也存在一些令人生畏的弊端和開發挑戰，亟待予設計師考慮和解決。相信在未來隨著技術的進步和創新，這些問題將逐漸得到進一步改善。