纤维材料与可穿戴技术的融合与创新

2020-03-04李蕾

广东蚕业 2020年5期

关键词：纤维材料纤维智能

李　蕾

纤维材料与可穿戴技术的融合与创新

李蕾

（湖南工艺美术职业学院湖南益阳413000）

科技正在改变人们的生活方式，可穿戴技术仍有可供挖掘的潜力，比如，如何让穿戴产品变得更加轻巧方便、功能更加齐全等，是未来研究和创新的方向，纤维新材料新技术的开发试图将纤维材料与可穿戴技术融合并创新。

纤维材料；可穿戴技术；融合与创新

当前可穿戴技术的穿戴质感不足，以及产品功能较为单一，是影响可穿戴技术进一步发展的重要因素，这也是人们对可穿戴技术的更高要求，而纤维技术应对智能社会的发展需求，以智能、绿色、超能纤维为方向，提出“大纤维”思维，可预见地将新型纤维材料与可穿戴技术有效融合与创新。

1 纤维材料与可穿戴技术综述

1.1 纤维材料

以往提及纤维，人们的认知是衣食住行息息相关的原材料、制衣用的棉麻丝线，又或是营养极高的膳食纤维。其实，作为构成物质世界和生命体的基本组成单元，纤维无处不在，主要有动物纤维、植物纤维、矿物纤维三大类，随着科技的不断发达，科学家们对纤维材料的定义已经发生了很大程度的改变，由于纳米材料、高分子、纤维改性等技术的应用，纤维材料变得越来越智能化，被赋予了光学、电学、信息学、生命学概念，已经成为高科技产物，应用范围大大突破了纺织行业。在2014年底，由纺织工程、工业自动化、半导体、科技等行业的优秀工作者或科研者自发组建工作小组，关注德国未来纺织计划，经过一年多的研究，率先取得突破，在全世界范围内正式提出“大纤维”这一创新概念，深入钻研大纤维的创新与应用。

1.2 可穿戴技术

可穿戴技术，顾名思义即是指将高科技技术融入人们的衣服或佩戴的配件之中，让人们的生活变得高度智能化。该理念产生于20世纪60年代，经过时代的变迁完成了数次改革创新，终于实现了互联网技术应用在可穿戴方面的理念，主要应用领域是民众身体安全和社交，比如智能电子手表和手环等，能够在社交的基础上测试心率、体重、血压、血糖、睡眠、疲劳度和皮电反应等生理指标，尽早发现健康问题，其他的诸如身份识别、个人助力、适配电子等功能，都是在此基础上衍生的辅助功能，而更强大的虚拟现实功能则还在开发之中，然而现代可穿戴技术也有缺点，总结有以下3方面：（1）续航时间短；（2）穿戴舒适感不足；（3）功能可以进一步开发。总的来说，可穿戴技术作用在移动监测健康领域有较强意义，但在其他方面的意义却不大，成了人们猎奇的“样子货”。

综上所述，将纤维材料与可穿戴技术融合并创新，设备更贴合环境与人体，佩戴更加舒适与方便，样式更加多样，是一场技术性的变革。

2 纤维材料和可穿戴技术的融合和创新

2.1 柔性可穿戴技术

如果告诉你纤维材料能够发光、发热、储能、能够实现对信息的感知、计算、通信、你会有什么样的反应？现在正在爆发这样一场纤维材料的革命，即为“大纤维”，以先进纤维材料为基础，应用在多角度、多结构的产业链中，纤维材料和可穿戴技术的融合，最主要还是在纺织行业。因此，这里主要还是以分析纺织行业为主，即为：柔性可穿戴技术[1]。

柔性智能可穿戴技术是涉及多个学科的综合性应用，观念区分无非只有两种，第一种为将智能器材嵌入柔性材料之中，智能器材尽可能做到体积小、容量大、功能多，以此来适应国民健康生活，例如美国Triangle公司合成了直径15～40 μm的微胶囊，这种微胶囊具有吸放热的作用，将其整理在织物表面，根据外界环境的改变而引发功效，使体感温度保持在一个最舒适的范围。第二种则是直接研发智能纤维材料，让其制作的衣服能具有特殊功能，例如英国纺织机构研究镍钛合金纤维，将其固定在服装内部，一旦接触高温，镍钛合金纤维的记忆功能启动，防止烫伤，这都是纤维材料与可穿戴技术融合的例子。

2.2 纤维材料的标志性特点探析

将纤维材料与可穿戴技术融合，无非就是利用纤维材料的科技性质，下文对其中几个具有特点的性质进行分析。

（1）纤维的视觉：纤维能够感知并识别外界信息，这一点如果应用在可穿戴技术中，将会非常便利，比如纤维的视觉，2012年谷歌的穿戴式IT产品——谷歌眼镜，正是揭开了可穿戴技术在视觉领域的运用，一个右眼外侧的摄像头，以及喇叭、麦克风、陀螺仪传感器、电池等基本构建，实现了声控、导航、照相与视频聊天等功能，发展到现在，疫情影响下的地铁口检查较为复杂，检查人员运用头戴式的检查器材，通过光启热成像技术检测体温，还可以对过往人员、车辆的身份信息进行检测，并具备语音翻译、实时直播、前后台互动、大规模协同作战等功能，让繁杂的防疫工作轻松化，有较强的现实意义，在此基础上，有没有可能进一步优化，除去头盔只使用一个眼镜，又或是在全封闭的警服上开辟一块电子板，检测结果由警服直接传输给耳朵呢？值得探索[2]。

（2）纤维的听觉：纤维也具有听觉，为了让纤维辨别声音，研究人员将电子材料融入纤维之中，最终制成成品，简单来说就是，人们喜欢一边跑步一边听音乐，但不管是有线还是无线耳机，都会很容易掉落，一旦具有听觉的纤维嵌入衣服中，就不用再往耳朵里塞东西了，向衣服发出指令，播放音乐，衣服上的纤维会形成振动波长，会把声音传到耳朵中。

（3）纤维的触觉：纤维触觉的研究要早很多，1977年，Smith-Kettlewell研究所视觉科学院的C.C. Colin为盲人做了一款背心，它把头戴式摄像头获得的图像通过背心上的网格转换成触觉意象，让盲人也能“看”得见，今后的纤维新型材料与可穿戴技术融合更彻底，能够通过放松按摩、释放脑电波来实现助人睡眠等功能。

（4）纤维的光学：研究变色纤维，变色纤维会在不同的光学环境产生不同的色彩，又或是在纤维衣物里储存的能量作用下，实现自主调节色彩，这对服装界的影响无疑是巨大的。

（5）纤维的储能：纤维的储能现在看来大多还是电能，了解和制作能够发电、储电的纤维材料，就能因此制做出能够发电的衣服，并且这种研究已经完成，研究人员发明了一种名为“取向碳纳米管纤维”的独特材料，制成纤维碳纳米管电池，然后制成衣服，已能实现发电功能，并且电量充足，那能否在纤维储能项目上探索生物能方面的研究，这无疑是可以研究探索的课题[3]。

（6）纤维的其他功能：其他功能包括升温降温、纤维记忆功能等，上文或多或少都有提过，这里不再赘述。

总的来说，将“大纤维产业”和可穿戴技术适时融合，是可穿戴技术的突破性发展，让可穿戴产品更轻柔、更灵巧，适宜人们的生活活动，满足人们需求，同时让功能更加多样，真正做到让科技改变生活。

3 纤维材料与可穿戴技术融合和创新的发展前景

（1）纤维材料和可穿戴技术的融合和创新，最终的目的一定是为了适应人们的生活需求，因此，需要将可穿戴产品变得更加轻柔、更加易于佩戴，研究更高效的储能手段，避免人们因为充电太过频繁而产生的对可穿戴产品的不适，例如，人们通过佩戴腕表来检测心律，但腕表还是太过沉重，是否可以用具有特别功能的“创可贴”来代替？

（2）可穿戴技术依靠“大纤维产品”的特殊功能，让可穿戴产品的功能也变得多样化，智能服装能通过纤维收集着装者的心跳数、姿势、位置、心电图等，及时了解其健康状况，又或是利用纤维的特性，制成具有特殊功能的衣物，例如可以检测孕妇子宫活动的职能服装，可以智能变色的军用迷彩服，可以有高耐热性的消防员救险服。这里说的智能服装可以说是各种功能元器件的集成系统，对各种纤维的结构和功能有了更高要求，功能也就更加多样[4]。

（3）可穿戴技术与大数据联合，从数据的收集演变成为数据的处理，同时让数据的处理的效果变得更好。

（4）让人机交互变得更简单，以往人机交互相对简单，人机交互主要通过指尖操作，而演变成了手势操作的模式，以后的可穿戴技术，能否利用纤维新材料的优秀感知，进而使用意念进行操控？这并非不可能，现阶段已经开发出意念头盔，通过蓝牙与其他设备相连，通过意念头盔，就能够传达出自己的意念命令，从而实现神奇的“意念力控制”，但当前的意念操作相对粗糙，距离大型商用还有很长的路要走。