“衣智”——賦予紡織服裝新智能

摘 要：目前，智能可穿戴設(shè)備的市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，但是智能手表和手環(huán)作為其主流產(chǎn)品，存在較多缺陷。基于此，本項目研發(fā)了智能服裝、智能紗線，旨在提供織物智能化服務(wù)。用戶穿上本項目自主研發(fā)的智能服裝，即可在手機(jī)APP上實時獲取自身的運動和生理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對運動和生理信號的精準(zhǔn)監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：智能服裝；健康監(jiān)測；運動輔助

1 作品介紹

作為目前智能可穿戴設(shè)備的主流產(chǎn)品，智能手表和手環(huán)存在很多缺陷。比如，由于生理信號來源僅為腕部，可測的健康指標(biāo)類型受限；僅使用慣性傳感器進(jìn)行運動信號檢測，靈敏度和特異度不理想。為此，本項目開發(fā)了功能更強(qiáng)大、更能滿足消費者需求的新型智能服裝產(chǎn)品，用戶在穿上智能服裝后可以在手機(jī)APP上實時獲取自身的運動和生理數(shù)據(jù)，對監(jiān)測人體健康、追蹤身體狀態(tài)具有指導(dǎo)意義。

本項目開發(fā)了一套智能服裝系統(tǒng)。在智能服裝內(nèi)側(cè)縫合內(nèi)襯形成布線通道，布線通道連接各處柔性傳感紗線并放置多通道信號采集器的口袋，在通道內(nèi)部布置柔性導(dǎo)電紗線。本項目利用多針?biāo)§o電紡絲、微流控紡絲等技術(shù)連續(xù)制備了多種可直接用作應(yīng)變傳感器的智能紗線，設(shè)計了雙重、三元、皮芯等特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。同時，對智能紗線在服裝上的無痕集成技術(shù)進(jìn)行了探究，創(chuàng)新提出了一種自鎖針縫紉方法。最終構(gòu)建了由智能服裝、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和手機(jī)APP構(gòu)成的智能服裝系統(tǒng)，開發(fā)了多款智能服裝產(chǎn)品。

2 技術(shù)原理

2.1 多針靜電紡紗裝置

本項目發(fā)明了一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，此裝置制備的納米纖維束可直接用于紡織加工。其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，在超輕薄型紡織品、智能紡織品、傳感器及生物醫(yī)用材料領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

2.2 微流控同軸紡絲芯片

本項目發(fā)明了一種易拆卸、可調(diào)節(jié)的類同軸針頭，可通過改變同軸針頭的內(nèi)外針尖距離來調(diào)節(jié)內(nèi)外相溶液相遇的位置；利用紡絲液在針頭內(nèi)部的預(yù)成型來調(diào)控最終纖維形態(tài)，可用于微流控紡絲、靜電紡絲和濕法紡絲等。

2.3 雙重/三元/皮芯傳感網(wǎng)絡(luò)

本項目通過同時在紗線內(nèi)部摻雜一維、二維和三維的導(dǎo)電納米材料的方式開發(fā)了三元傳感網(wǎng)絡(luò)；以彈性聚合物為皮層、導(dǎo)電納米材料為芯層開發(fā)了一種獨特的中空皮芯結(jié)構(gòu)傳感網(wǎng)絡(luò)。正因為設(shè)計了特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得傳感紗線具有優(yōu)異、可調(diào)的性能。

2.4 傳感紗線集成技術(shù)

本項目開發(fā)了一種在織物上集成傳感紗線的方法，是一種自鎖針縫紉針法，即在平針的每個針眼處添加一個回針鎖定柔性傳感紗線。使用自鎖針將傳感紗線縫入服裝布料解決了平針和回針的問題，最大程度地將形變從服裝布料傳遞至傳感紗線，使傳感紗線輸出穩(wěn)定、靈敏的信號

3 項目創(chuàng)新點

（1）本項目利用團(tuán)隊自主開發(fā)的紡絲設(shè)備能夠全自動一步連續(xù)生產(chǎn)卷裝的傳感紗線。同時，通過設(shè)計特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)使傳感紗線具有優(yōu)異、可調(diào)的性能。比如，探測范圍大、靈敏度高、線性度高、耐久性強(qiáng)，可感知多形式的應(yīng)變，對磨損、溫度、濕度、汗液和洗滌等都有良好的抗干擾能力，可直接進(jìn)行智能服裝的織造。

（2）本項目專注于智能紗線在服裝上的無痕集成技術(shù)，開發(fā)了由智能服裝、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和手機(jī)APP構(gòu)成的智能服裝系統(tǒng)。通過對服裝版型和傳感系統(tǒng)的創(chuàng)新性設(shè)計，使得智能服裝整體外形美觀、穿著舒適、操作簡單。

4 應(yīng)用前景

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速提升，利用可穿戴設(shè)備進(jìn)行健康監(jiān)測已成為國家健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一。在政策支持、經(jīng)濟(jì)提升、科技進(jìn)步等多方力量推動下，中國智能可穿戴設(shè)備行業(yè)的發(fā)展已呈井噴之勢，產(chǎn)品的智能化、健康化等特性越發(fā)明顯，促使醫(yī)學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了巨大飛躍，讓“精準(zhǔn)醫(yī)療”變?yōu)榭赡堋Ｖ悄芸纱┐髟O(shè)備在面臨更高技術(shù)含量、更高附加值挑戰(zhàn)的同時，也孕育著增長空間，未來將更加多元化和生態(tài)化。