智能感知織物在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

摘要： 智能感知紡織品因靈敏度高、舒適性好、穿戴方便，可應(yīng)用于可穿戴智能設(shè)備，在軍事裝備領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大發(fā)展?jié)摿投鄻踊瘧?yīng)用，如監(jiān)測士兵生理狀態(tài)、戰(zhàn)場環(huán)境、運動姿勢等。本文以智能感知紡織品為研究對象，綜述了近幾年紡織基應(yīng)變傳感器、紡織基壓力傳感器、紡織基溫度傳感器、紡織基濕度傳感器的研究進展及智能感知紡織品在軍事裝備領(lǐng)域的應(yīng)用，同時分析了其數(shù)據(jù)信息的安全性、耐洗性、穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘葐栴}，指出未來智能感知紡織品將能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度、更快速的數(shù)據(jù)采集和處理，并向著智能化、集成化方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 智能感知織物;應(yīng)變傳感器;壓力傳感器;溫度傳感器;濕度傳感器;軍事領(lǐng)域應(yīng)用

中圖分類號： TS941.17

文獻標志碼： A

智能感知織物集成了紡織基傳感器技術(shù)，能夠感知和監(jiān)測各種物理或環(huán)境參數(shù)，并將其轉(zhuǎn)化為可讀取的電信號［1］。伴隨著服裝向功能化和智能化方向更新?lián)Q代，可穿戴智能服裝越來越受到關(guān)注。在現(xiàn)代軍事作戰(zhàn)體系中，智能感知織物在士兵作戰(zhàn)服裝領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其不僅可以對士兵進行健康監(jiān)測，還可以感知作戰(zhàn)環(huán)境，提升士兵作戰(zhàn)舒適度，極大地提高了士兵作戰(zhàn)效率［2］。

本文主要以智能感知織物為研究對象，介紹了紡織基應(yīng)變傳感器、紡織基壓力傳感器、紡織基溫度傳感器、紡織基濕度傳感器及其在軍事領(lǐng)域的研究進展，包括士兵生理信號監(jiān)測、作戰(zhàn)環(huán)境監(jiān)測、運動姿態(tài)監(jiān)測等方面的應(yīng)用情況，并對智能感知織物在軍事領(lǐng)域應(yīng)用中存在的問題進行分析，同時充分考慮實際應(yīng)用情況的基礎(chǔ)上，展望未來的發(fā)展方向。

1 智能感知織物傳感器類型、傳感機制及制備

智能感知織物所采用的傳感器主要分為4類：1） 以織物為基底，與信息功能材料相結(jié)合的紡織基應(yīng)變傳感器，在受到外力時能產(chǎn)生電信號，其測量精度高，穩(wěn)定性強［3］;2） 將接收的壓力信號通過內(nèi)部敏感元件的形變或其他物理變化轉(zhuǎn)換為電信號的紡織基壓力傳感器，具有輕便、靈敏等優(yōu)點［4］;3） 用于溫度監(jiān)測的紡織基溫度傳感器，其可以根據(jù)外界溫度變化快速響應(yīng)［5］;4） 具有非接觸式感知濕度功能的紡織基濕度傳感器，可以幫助人們更好地監(jiān)測和控制環(huán)境中的濕度［6］。

因此，智能感知織物在多個領(lǐng)域均展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用潛力。在醫(yī)療健康領(lǐng)域，其可以實時監(jiān)測人體生理信號，如體溫、血壓、脈搏、心率等，實現(xiàn)遠程醫(yī)療保健。在軍事裝備領(lǐng)域，其可以監(jiān)測戰(zhàn)場環(huán)境，制定更加科學(xué)的作戰(zhàn)計劃等。現(xiàn)今，美國海軍資助項目Georgia Tech Wearable Motherbord（GTWM）已經(jīng)成功開發(fā)了一款智能醫(yī)護襯衫，能實時監(jiān)測穿著者生命體征信號。英國FIST計劃、法國未來戰(zhàn)士項目、澳大利亞Land125計劃均有涉及單兵生命體征監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)［7］。此外，智能感知織物還可以進行運動追蹤，記錄運動數(shù)據(jù)，幫助運動員和健身愛好者更好地了解自己的運動狀態(tài)或進行運動指導(dǎo)。

1.1 紡織基應(yīng)變傳感器

紡織基應(yīng)變傳感器是由導(dǎo)電纖維一體化編織而成的智能織物傳感器，主要有3種類型：纖維基應(yīng)變傳感器、紗線基應(yīng)變傳感器、織物基應(yīng)變傳感器［8］。

纖維基應(yīng)變傳感器利用纖維材料作為基底，結(jié)合應(yīng)變傳感元件，實現(xiàn)對物體應(yīng)變的測量，具有優(yōu)良的柔韌性、可拉伸性和可穿戴性，特別適用于需要靈活測量應(yīng)變的應(yīng)用場景［9］，其工作原理主要基于材料的彈性變形特性和導(dǎo)電材料的電阻變化。當纖維材料受到外界應(yīng)力作用時，會發(fā)生彈性形變，導(dǎo)致其中的導(dǎo)電材料（如金屬納米線、碳納米管等）的結(jié)構(gòu)和電阻發(fā)生變化，這種電阻變化與應(yīng)變之間存在一定的關(guān)系，通過測量電阻的變化就可以推斷出應(yīng)變的程度［10］。劉璐等［11］利用熱塑性聚氨酯纖維基底和圖案化雙相金屬傳感層制成一種高靈敏度、可拉伸的應(yīng)變傳感器，其靈敏度系數(shù)高達952.20且寬傳感范圍高達59.33%。

紗線基應(yīng)變傳感器是一種基于紗線材料的應(yīng)變傳感器，它結(jié)合了紗線的柔韌性和應(yīng)變傳感技術(shù)，用于測量物體在受力時的應(yīng)變變化，其傳感機制主要依賴于紗線材料的彈性變形特性。當紗線受到外力場作用時，其形狀會發(fā)生微小的變化，即產(chǎn)生應(yīng)變，這種應(yīng)變會導(dǎo)致紗線內(nèi)部的導(dǎo)電材料或結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進而改變其電阻或電容等電學(xué)性質(zhì)［12］，通過測量這些電信號的變化，可以推斷出紗線所受的應(yīng)變大小。相較于纖維基柔性應(yīng)變傳感器，紗線基應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)變化能力更加靈活，能夠貼合各種曲面和不規(guī)則形狀，適應(yīng)不同應(yīng)用場景的需求。Peng等［13］設(shè)計了一種針織互鎖結(jié)構(gòu)應(yīng)變傳感器，其采用雙覆蓋彈性體紗線和鍍銀尼龍紗線等三種不同紗線構(gòu)成，能夠?qū)崟r監(jiān)測人體運動或呼吸活動。Xing等［14］基于熱塑性聚氨酯（TPU）納米纖維紗線制備了一種高拉伸石墨烯（GR）/熱塑性聚氨酯（TPU）應(yīng)變傳感器，其表現(xiàn)出較大的應(yīng)變范圍（gt;140%）、46.19的高靈敏度及超過10 000次拉伸循環(huán)后仍具有優(yōu)異的耐用性。因此，紗線基應(yīng)變傳感器在下一代可穿戴電子產(chǎn)品中顯示出巨大潛力，如圖1所示。

織物基應(yīng)變傳感器主要基于材料力學(xué)和電學(xué)原理，當織物受到外力作用時，其內(nèi)部的纖維結(jié)構(gòu)會發(fā)生形變，這種形變會導(dǎo)致傳感器中的導(dǎo)電材料或敏感元件產(chǎn)生電阻、電容或電感等電學(xué)參數(shù)的變化，通過測量這些電學(xué)參數(shù)的變化，就可以精確地推斷出織物所受的應(yīng)變程度［15］，其延續(xù)了織物材料本身舒適性和透氣性的優(yōu)點，且具有良好的柔韌性和可穿戴性，能夠貼合人體曲線，實現(xiàn)舒適無感的實時監(jiān)測。Wang等［16］將銀納米線嵌入炭黑改性的熱塑性聚氨酯織物薄膜中，制成了一種高性能的柔性應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器表現(xiàn)了出色的電響應(yīng)能力，具有360%應(yīng)變的卓越靈敏度、超寬應(yīng)變范圍（0.1%～200%）及在循環(huán)拉伸下出色的耐用性和可靠性（gt;10 000次循環(huán)）。

綜上所述，紡織基應(yīng)變傳感器因其具有輕量化、柔性化、高靈敏性等優(yōu)勢，將為人們創(chuàng)造更加智能、便捷、美好的生活，但紡織基應(yīng)變傳感器在制造應(yīng)用過程中也面臨一些挑戰(zhàn)，在其受到外部溫濕度的影響下，穩(wěn)定性可能會下降;在洗滌過程中，其經(jīng)受多次拉伸、摩擦后可能會發(fā)生性能衰減，這些問題有待解決。

1.2 紡織基壓力傳感器

紡織基壓力傳感器利用紡織材料作為基底，結(jié)合壓力傳感元件，實現(xiàn)對壓力的精確測量［17］，其工作原理通常基于壓阻效應(yīng)或電容變化。當外部壓力作用于傳感器時，紡織品內(nèi)部的導(dǎo)電材料或敏感元件會發(fā)生相應(yīng)的電阻或電容變化，這種變化與所受壓力之間存在特定的關(guān)系，通過測量這些電學(xué)參數(shù)的變化可以準確地推斷出所受壓力的大小［18］。

與傳統(tǒng)的壓力傳感器相比，紡織基壓力傳感器具有諸多優(yōu)勢，如良好的柔韌性和可穿戴性，能夠貼合人體曲線或各種不規(guī)則表面，實現(xiàn)舒適無感的壓力監(jiān)測。此外，紡織基壓力傳感器通常具有較高的靈敏度和精確度，能夠?qū)崟r監(jiān)測和記錄微小的壓力變化，由于紡織材料的本征特性，這種傳感器還具有良好的透氣性和舒適性，適合在各種環(huán)境下使用。例如，Song等［19］通過絲網(wǎng)印刷工藝在棉片表面印刷銀漿制得全織物電阻式壓力傳感器，其在檢測手指和手腕反復(fù)彎曲的信號變化時，表現(xiàn)出良好的重復(fù)性和檢測性能，如圖2所示。

目前，中國堯樂公司推出了智能床墊，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為柔性織物壓力傳感器，柔性織物壓力傳感器通過壓力傳感技術(shù)收集用戶睡姿、睡眠、枕姿的壓力數(shù)值分布，從而反饋用戶身體情況，為用戶選擇家具用品提供了科學(xué)的參考依據(jù)［20］。Zhou等［21］研發(fā)了一種3D網(wǎng)狀紡織基壓力傳感器，采用簡便的浸涂策略，將敏感的2D Ti3C2Tx MXene納米層與纖維相結(jié)合，其實現(xiàn)了高達81.9 kPa-1的高靈敏度和寬壓力檢測范圍（0～19 kPa）下30 ms的快速響應(yīng)時間，具有超過5 000次循環(huán)的耐久性。Gu等［22］提出了一種基于殼聚糖（CTS）/MXene纖維的高性能紡織壓力傳感器，該壓力傳感器在1.5 MPa的超寬線性范圍內(nèi)具有1.16 kPa-1的高靈敏度，并在1.5 MPa壓力負載下經(jīng)過1 000次加載/卸載循環(huán)后具有較低的疲勞度，如圖3所示。劉嘉琪等［23］通過氣液界面聚合法，在蠶絲織物、平板絲和靜電紡絲膜三種蠶絲材料表面實現(xiàn)聚苯胺的原位生長，成功制備出以聚苯胺為活性導(dǎo)電介質(zhì)的柔性基材，并將其組裝成柔性壓阻式壓力傳感器。

綜上所述，紡織基壓力傳感器具有良好的柔韌性和舒適性，能夠適用于各種曲面和不規(guī)則表面，實現(xiàn)真正的可穿可戴，但因目前的研發(fā)和生產(chǎn)成本較高，限制了其在醫(yī)療健康、軍事裝備、日常監(jiān)測等方面的廣泛應(yīng)用。隨著制造技術(shù)的不斷進步，紡織基壓力傳感器的制造工藝將逐步簡化，生產(chǎn)成本也將逐漸降低，從而達到普適性和通用性。

1.3 紡織基溫度傳感器

紡織基溫度傳感器以紡織材料（纖維、紗線、織物）為基底，將導(dǎo)電材料涂覆到基底上形成［24］，其工作原理主要基于熱敏效應(yīng)，即利用熱敏材料隨溫度變化而發(fā)生電阻、電壓或電流的變化。當織物的溫度發(fā)生變化時，傳感器內(nèi)部的熱敏材料會產(chǎn)生相應(yīng)的物理性質(zhì)變化，這些變化會被轉(zhuǎn)換為電信號輸出，從而實現(xiàn)對溫度的測量［25］。

紡織基溫度傳感器相較于傳統(tǒng)溫度傳感器具有更好的柔韌性，穿戴更舒適便捷，可覆蓋較大區(qū)域，進行大面積測量，并且具有易于集成等優(yōu)點。比利時微電子中心、根特大學(xué)、巴黎消防隊、Connect集團和Sioen公司于2020年1月聯(lián)合發(fā)布一款新型智能消防防護服，該款消防服集成了溫度傳感器和電子設(shè)備，可在環(huán)境溫度過高時提醒消防隊員，大幅度減少消防員燒傷事故［26］。Zhang等［27］制造了一種嵌入MXene（Ti3C2TX）的光纖型溫度傳感器，通過測量制造的尼龍涂層MXene嵌入光纖電阻變化來監(jiān)測0～50 ℃的溫度范圍，并且即使在3～15 mm的彎曲半徑下，傳感特性仍然保持穩(wěn)定，盡管反復(fù)彎曲1 000次、暴露于50%～90%RH環(huán)境和浸入水中1 h而產(chǎn)生物理變形，該傳感器仍能穩(wěn)定運行，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐用性和防水性。Yang等［28］將連續(xù)的包纏紗線與棉紗以浮紗圖案編織制成一種有效的感溫織物，其包纏紗線整體強度大，響應(yīng)時間小，能夠?qū)崟r監(jiān)測環(huán)境溫度變化，如圖4所示。

Ban等［29］采用化學(xué)改性的銀納米線（AgNWs），通過聚苯胺-L-半胱氨酸乙酯鹽酸鹽（PANI-LCO）導(dǎo)電配體對AgNWs表面聚合物的調(diào)節(jié)，氨綸包覆紗線作為基材，PANI-LCO-AgNWs和基底的協(xié)同效應(yīng)使復(fù)合纖維基溫度傳感器具有474%/℃的高溫電阻系數(shù)（TCR）和120%的高拉伸性，如圖5所示。

綜上所述，紡織基溫度傳感器能夠?qū)崟r監(jiān)測外部環(huán)境的溫度變化，提供精準的數(shù)據(jù)支持，從而確保穿戴者的舒適性，并且其高度集成和柔性設(shè)計滿足人體熱場穿戴要求，實現(xiàn)無縫監(jiān)測。然而，紡織基溫度傳感器也存在一些缺點。例如，傳感器受到紡織材料拉伸疲勞性的影響，導(dǎo)致測量精度的偏差;長時間使用可能導(dǎo)致傳感器性能下降，需要定期維護和校準，所以仍需不斷優(yōu)化和改進以滿足更高標準的需求。

1.4 紡織基濕度傳感器

紡織基濕度傳感器的傳感機理主要基于濕敏元件與織物基底的結(jié)合，這種傳感器利用濕敏元件對濕度的敏感特性，通過測量濕敏元件在濕度變化時的電學(xué)性質(zhì)變化來檢測濕度［30］。濕敏元件通常包括電阻式和電容式兩種主要類型，當環(huán)境濕度發(fā)生變化時，濕敏元件中的感濕材料會吸附或釋放水蒸氣，導(dǎo)致其電阻率或介電常數(shù)發(fā)生變化，這些變化進一步導(dǎo)致濕敏元件的電阻或電容值發(fā)生變化，從而可以測量和計算出環(huán)境濕度的變化［31］。

紡織基濕度傳感器具有多種優(yōu)點。首先，紡織基濕度傳感器結(jié)合了織物的柔韌性和透氣性，使得傳感器更加舒適、易于穿戴。其次，織物基濕度傳感器具有較高的靈敏度和準確性，它能夠?qū)崟r、準確地監(jiān)測濕度的變化，并提供可靠的測量數(shù)據(jù)，這使得用戶能夠及時了解外界環(huán)境濕度的狀況，從而采取相應(yīng)的措施。此外，織物基濕度傳感器還具有較好的穩(wěn)定性和耐久性，它能夠在不同環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，不易受到外界干擾和損害，為使用者提供持續(xù)的濕度監(jiān)測服務(wù)，如圖6［32］所示，消防員在滅火救援行動時，穿戴內(nèi)置紡織基濕度傳感器的滅火戰(zhàn)斗服可以實時對其進行呼吸監(jiān)測，確保及時發(fā)現(xiàn)消防員的體力透支或呼吸困難等問題，從而避免在救援過程中出現(xiàn)意外。路嘉林等［33］研制了一種無濕敏材料的紡織基底無芯片RFID濕度傳感器用于檢測環(huán)境濕度，利用絲網(wǎng)印刷工藝和刻繪工藝分別在不同類型紡織物上制作濕度傳感器，采用不同類型基底材料制成的濕度傳感器靈敏度不同，棉纖維作為基底材料的濕度傳感器在高濕范圍內(nèi)平均靈敏度達3.8 MHz/%RH。

綜上所述，紡織基濕度傳感器以其高靈敏度、高可靠性及低耗能等優(yōu)點，在軍事、醫(yī)療、環(huán)保等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，但部分紡織基濕度傳感器在精度和線性度方面存在一定不足，這可能導(dǎo)致在濕度變化范圍較大時，傳感器的實際濕度值與輸出值之間存在較大的偏差，從而影響對濕度的準確監(jiān)測。

2 智能感知織物在軍事領(lǐng)域應(yīng)用

隨著科技的快速發(fā)展，智能感知織物正逐漸在軍事領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價值，這種具備實時監(jiān)測、智能響應(yīng)功能的織物，不僅能夠為戰(zhàn)士提供更為舒適和安全的裝備，還在戰(zhàn)場信息感知、作戰(zhàn)指揮等方面發(fā)揮著重要作用。

2.1 監(jiān)測士兵生理狀態(tài)

智能感知織物在監(jiān)測作戰(zhàn)士兵生理狀態(tài)方面的應(yīng)用，無疑為現(xiàn)代戰(zhàn)爭帶來了革命性的變革，這種先進的織物技術(shù)能夠?qū)崟r、準確地監(jiān)測士兵的生理狀態(tài)，為指揮員提供重要的決策依據(jù)，從而確保士兵的生命安全和作戰(zhàn)效能。

智能感知織物能夠?qū)崟r監(jiān)測士兵的脈搏、呼吸頻率、心率、血壓等關(guān)鍵生理指標［34］。在戰(zhàn)場上，士兵常常面臨高強度、高壓力的環(huán)境，生理狀態(tài)的變化可能直接影響到他們的戰(zhàn)斗力和生存能力，通過智能感知織物，指揮員可以實時獲取士兵的生理數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，并采取相應(yīng)的措施，如調(diào)整作戰(zhàn)計劃、提供醫(yī)療救助等，以保障士兵的安全。例如，在緊張的戰(zhàn)場環(huán)境中，一旦士兵出現(xiàn)心率異常、呼吸急促等狀況，智能感知織物便能迅速發(fā)出警報，提醒指揮人員及時采取救治措施，這不僅能夠有效減少因生理原因?qū)е碌姆菓?zhàn)斗減員，還能提高士兵的生存率和戰(zhàn)斗力。此外，智能感知織物還可以用于監(jiān)測士兵的體溫和排汗情況。在炎熱的戰(zhàn)場環(huán)境中，士兵的體溫和排汗情況對于他們的生存和戰(zhàn)斗力至關(guān)重要，通過智能感知織物，指揮員可以了解士兵的體溫變化和排汗情況，為他們提供合適的防護裝備和補給品，確保他們在極端環(huán)境下的生存能力。

綜上所述，智能感知織物在監(jiān)測作戰(zhàn)士兵生理狀態(tài)方面具有巨大的應(yīng)用潛力和價值，但智能感知織物的應(yīng)用也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，如何確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性、如何保證織物的舒適性和耐用性等。因此，未來的研究和發(fā)展需要更加注重技術(shù)的創(chuàng)新和優(yōu)化，以此推動智能感知織物在監(jiān)測士兵狀態(tài)方面的應(yīng)用。

2.2 監(jiān)測戰(zhàn)場環(huán)境

智能感知織物在戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測方面發(fā)揮著重要作用，它們能夠?qū)崟r監(jiān)測戰(zhàn)場上的溫度、濕度、氣壓等環(huán)境參數(shù)，為指揮員提供準確的戰(zhàn)場環(huán)境信息，有助于制定更加科學(xué)的作戰(zhàn)計劃。如He等［35］通過將濕紡相變材料（PCM）微膠囊嵌入具有雙響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的彈性聚氨酯中，開發(fā)了一種用于個人保健和熱管理的超拉伸PCM智能纖維，當感知外部環(huán)境較冷時，可主動提高智能服裝溫度;當外部溫度較高時，會主動產(chǎn)生涼感;當作戰(zhàn)或訓(xùn)練的士兵穿著該服裝，將能夠保持體溫恒定在舒適范圍內(nèi)，確保士兵舒適。除此之外，它還可以用來制作具有隱身功能的迷彩服，這種服裝能夠根據(jù)環(huán)境顏色變化調(diào)整自身顏色，提高戰(zhàn)士的隱蔽性［36］。智能感知織物還可以用于制作能夠遠程探測士兵受傷部位及程度并進行調(diào)節(jié)和治療的電子信息紡織品，這對于及時救治傷員、保障戰(zhàn)士生命安全具有重要意義。

總的來說，智能感知織物在監(jiān)測戰(zhàn)場環(huán)境方面的應(yīng)用，不僅提高了戰(zhàn)士的生存能力和作戰(zhàn)效能，還為現(xiàn)代戰(zhàn)爭帶來了更多的可能性。隨著技術(shù)的不斷進步和應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，相信智能感知織物在未來戰(zhàn)場上的作用將更加突出。

2.3 運動姿勢監(jiān)測

智能感知紡織品在士兵運動與姿勢監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用為日常監(jiān)測、士兵安全、科學(xué)訓(xùn)練帶來了創(chuàng)新性改變。智能感知紡織品可以實時地監(jiān)測士兵運動引起的微小形變或大應(yīng)變，提供了一種舒適且安全的動作姿勢監(jiān)測。

在士兵日常訓(xùn)練方面，智能感知紡織品扮演優(yōu)化者和輔助者的角色，它能通過監(jiān)測士兵肌肉拉伸時的力量，精準反應(yīng)士兵運動情況［37］。每個士兵的體能基礎(chǔ)和訓(xùn)練需求是不同的，通過智能感知織物的幫助，可以更加精確地滿足每位士兵的訓(xùn)練需求，優(yōu)化訓(xùn)練計劃，提高訓(xùn)練效果。此外，智能感知織物還能監(jiān)測士兵的肌肉活動和運動狀態(tài)［38］。在戰(zhàn)斗中，士兵需要頻繁地移動、奔跑和作戰(zhàn)，肌肉的活動狀態(tài)直接影響到他們的動作和戰(zhàn)斗力，通過智能感知織物，指揮員可以了解士兵的肌肉疲勞程度、運動協(xié)調(diào)性等信息，從而合理安排士兵的作戰(zhàn)任務(wù)，避免過度疲勞和受傷。

在動作糾正和損傷預(yù)警方面，智能感知織物能監(jiān)測士兵的動作姿態(tài)，識別錯誤姿勢并及時進行糾正［39］。通過與智能設(shè)備的互動，士兵能夠更好地掌握正確的運動技巧和訓(xùn)練方法，減少因錯誤動作導(dǎo)致的受傷風險。

因此，智能感知織物通過實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、個性化訓(xùn)練等方式，為士兵的日常訓(xùn)練提供了全方位的優(yōu)化和支持，有助于降低訓(xùn)練傷病、提高訓(xùn)練效果并提升士兵的戰(zhàn)斗力。

3 智能感知織物在軍事領(lǐng)域中存在問題

智能感知織物在軍事領(lǐng)域雖然具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，但也存在一些問題和挑戰(zhàn)，這些問題主要涉及數(shù)據(jù)信息的安全性、耐洗性、穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘确矫妗?/p>

3.1 數(shù)據(jù)信息安全性

數(shù)據(jù)信息的安全性是一個重要問題。智能感知織物采用非接觸自動識別技術(shù)，這存在著無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被截獲、監(jiān)聽、竊取的風險，可能導(dǎo)致機密信息的泄露，從而削弱信息戰(zhàn)能力，降低軍隊信息優(yōu)勢。此外，如果攻擊者能夠獲取到感知層設(shè)備的數(shù)據(jù)，獲取作戰(zhàn)計劃，他們可能會利用這些數(shù)據(jù)對軍事行動進行干擾或破壞，從而導(dǎo)致作戰(zhàn)優(yōu)勢喪失，削弱作戰(zhàn)能力。未來，需要不斷強化加密技術(shù)，使用安全密鑰管理機制或采用先進的加密算法對織物收集到的數(shù)據(jù)進行加密處理，進一步提高數(shù)據(jù)的機密性。除此之外，要建立嚴格的用戶認證和授權(quán)機制，確保只有經(jīng)過授權(quán)的人員能夠訪問和處理相關(guān)數(shù)據(jù)，防止未經(jīng)許可的訪問。為了確保數(shù)據(jù)的存儲和傳輸安全，也要進行嚴格的安全監(jiān)控和定期的風險評估，及時發(fā)現(xiàn)和解決安全隱患。

3.2 耐洗性和穩(wěn)定性

智能感知織物在長期應(yīng)用過程中，反復(fù)洗滌是不可避免的，能夠承受物理機械拉伸、磨損而不損害其功能性是至關(guān)重要的，但目前大多數(shù)智能感知織物并不能達到預(yù)期效果，經(jīng)歷多次洗滌過程中的機械摩擦和化學(xué)物質(zhì)影響后，其性能都發(fā)生顯著下降。此外，當長期使用或暴露在極端外界環(huán)境下時，其可能會出現(xiàn)老化或性能退化等問題，導(dǎo)致各項生理狀態(tài)監(jiān)測等信息受到干擾，影響其準確性和穩(wěn)定性。為了提高其耐洗性和穩(wěn)定性，在織物材料選擇上，采用良好耐磨性、耐拉伸、耐水洗的纖維材料和導(dǎo)電材料，這些材料能夠經(jīng)過反復(fù)洗滌而不輕易受損;在織物結(jié)構(gòu)設(shè)計上，通過優(yōu)化編制工藝，使織物結(jié)構(gòu)更加堅固而緊密，減少在洗滌過程中可能出現(xiàn)的磨損和破壞;在織物后處理時，可以在織物表面涂覆一層或多層防護涂層，用來保護內(nèi)部的材料免受水分、洗滌劑和其他化學(xué)物質(zhì)的侵襲。

3.3 數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/p>

數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸彩且粋€挑戰(zhàn)。由于軍事環(huán)境復(fù)雜多變，智能感知織物在傳輸數(shù)據(jù)時可能會遇到干擾或中斷的問題，這可能導(dǎo)致關(guān)鍵信息的丟失或延遲，影響情報的實時性和準確性，限制軍事戰(zhàn)略的規(guī)劃，致使作戰(zhàn)行動受阻，從而使軍事行動的協(xié)同性下降、作戰(zhàn)效率降低，導(dǎo)致軍事行動無法順利進行。提高智能感知織物的數(shù)據(jù)傳輸可靠性可以從多方面進行綜合優(yōu)化，可以選用高質(zhì)量、高性能的傳感器和電子元件，確保它們能夠穩(wěn)定、精確地采集和發(fā)送數(shù)據(jù)，也可以優(yōu)化電路布局，采用先進的無線傳輸協(xié)議和頻率，增強信號的抗干擾能力和傳輸距離。

因此，要不斷加強技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，提高智能感知織物的數(shù)據(jù)信息安全性、優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸方案，確保信息的實時、準確傳輸。此外，建立完善的維護和管理體系也是至關(guān)重要的，以確保智能感知織物的長期穩(wěn)定運行。

4 未來趨勢與展望

技術(shù)進步將持續(xù)推動智能感知織物的性能提升。隨著傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)不斷革新，智能感知織物將能夠?qū)崿F(xiàn)更高精度、更快速的數(shù)據(jù)采集和處理，這將使士兵能夠更準確地感知戰(zhàn)場環(huán)境，更迅速地做出決策，從而提升作戰(zhàn)效能。戰(zhàn)場需求的變化也將推動智能感知織物的發(fā)展。未來戰(zhàn)場將呈現(xiàn)多域聯(lián)合作戰(zhàn)、信息空間不斷擴大等特點，對智能感知織物的要求也將更加多樣化和復(fù)雜化。智能感知織物需要能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境，具備更強的耐用性和可靠性;同時，還需要能夠與其他軍事系統(tǒng)進行無縫對接，實現(xiàn)信息的共享和協(xié)同。未來智能感知織物在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛和多樣化。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)的不斷進步，智能感知織物將與其結(jié)合，使得織物能夠?qū)κ占臄?shù)據(jù)進行更深入地挖掘，從而賦予織物更強大的感知能力，使其能夠更準確地感知和響應(yīng)外部環(huán)境的變化。此外，人工智能技術(shù)也能使智能感知織物與用戶進行智能交互，通過聲音、振動或其他方式為用戶提供反饋。當士兵的運動體態(tài)出現(xiàn)錯誤時，智能感知織物可以通過振動提醒士兵調(diào)整運動姿勢或強度。智能感知織物將成為提升軍隊作戰(zhàn)能力、保障士兵生命安全的重要力量。

5 結(jié) 論

本文綜述了紡織基應(yīng)變傳感器、紡織基壓力傳感器、紡織基溫度傳感器、紡織基濕度傳感器的制備方式及傳感機理，因其柔軟輕薄、舒適透氣并可以大面積監(jiān)測等特性，在軍事領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。智能感知織物能夠?qū)崟r準確地監(jiān)測士兵的生理狀態(tài)、作戰(zhàn)環(huán)境等信息，為作戰(zhàn)士兵的安全提供強有力的支撐。

智能感知織物在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用過程中也伴隨著挑戰(zhàn)與問題，包括數(shù)據(jù)信息的安全性、耐洗性和穩(wěn)定性，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃缘确矫妗ｋS著紡織技術(shù)的進步和智能科技的不斷發(fā)展，智能感知織物將在材料、功能、結(jié)構(gòu)等方面實現(xiàn)更多的創(chuàng)新。它們不僅會更加輕薄、柔軟、舒適，而且能夠集成更多的傳感器和智能元件，從而實現(xiàn)更精準、更全面的感知和監(jiān)測。

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Application of intelligent sensing fabrics in the military field

ZHANG Chi， WANG Xiangrong

SUN Jishu， TIAN Mingwei， LI Yutian

（College of Textile amp; Clothing， Qingdao University， Qingdao 266071， China）

Abstract： The evolution of clothing towards functionalization and intelligence has led to increasing attention on wearable smart garments. In modern military combat systems， the smart sensing fabric plays crucial role in soldiers’ combat attire. It possesses characteristics of perception， feedback， response， as well as the softness and wearability of textiles. This enables it to detect changes in the external environment and make corresponding adjustments to meet specific needs. In the military field， smart sensing fabrics can more comfortably and safely monitor soldiers’ health status while playing an important role in battlefield information perception， combat command， and other aspects. It can monitor soldiers’ physiological states， environmental changes， and battlefield situations in a real-time manner， providing commanders with timely and accurate information support to enhance soldiers’ survivability and combat effectiveness.

The smart sensing fabric integrates various types of sensors with fabric substrates to perceive and monitor various physical or environmental parameters， converting them into readable electrical signals. Featureing excellent flexibility， stretchability， and wearability， it is able to conform to various human body curves and irregular shapes， meeting the demands of different application scenarios， especially suitable for scenarios requiring flexible measurement of strain or pressure. This article systematically reviews the research progress in recent years on textile-based strain sensors， pressure sensors， temperature sensors and humidity sensors， and the application of smart sensing textiles in military equipment. It also analyzes issues such as data security， washability， stability， and reliability of data transmission. Therefore， the smart sensing fabric demonstrates tremendous development potential and diverse applications in the military equipment field， such as monitoring soldiers’ physiological states， battlefield environments， and movement postures.

As textile technology advances and intelligent technologies continue to evolve， smart sensing fabrics will achieve more innovations in materials， functions， and structures. They will not only become lighter， softer， and more comfortable but also integrate more sensors and intelligent components for more precise and comprehensive perception and monitoring.

Key words： intelligently sensing fabrics; strain sensor; pressure sensor; temperature sensor; humidity sensor; military application