电子信息类智能服装的应用与发展

周 燕

（江苏省纺织工业协会，江苏 南京 210002）

随着互联网、物联网在各行各业的深度应用，电子信息技术成为社会生活中具有普遍影响力的科学技术。与此同时，如何解决“人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾”，成为以时尚美为使命的服装行业需要面对的共同问题。在探索时尚与科技相融合的道路上，基于电子信息技术智能服装的迅速发展，装有各种柔性传感器的监测类智能服装逐渐成为服装细分市场的重要分支之一[1]。电子产品在服装中的应用是服装智能化的科技基础，服装是电子产品人性化的载体，两者相辅相成、互相提高，日益深入人们的日常生活中。将电子产品如传感器、通信元件等，通过一定方法植入服装后，可以在不影响穿着的情况下赋予服装信息感知、通信、计算等能力，两者的结合促进了电子信息类智能服装的发展，实现了科技和时尚的融合[2]。本研究在查阅已有电子信息类智能服装材料、电子信息类智能服装等相关文献的基础上，从基本定义入手，梳理总结了电子信息类智能服装在医疗检测、运动、休闲娱乐、军工等相关领域的应用情况，分析了此类智能服装在发展过程中尚未攻克的一些技术难点，简要预测了电子信息类智能服装的发展趋势，旨在为电子信息类智能服装的研究与开发提供参考。

1 基本定义

1.1 电子信息智能服装材料

一般来讲，材料科学的创新性成果是后续工程应用领域创新的基础，同样的，适用制作新型服装的电子信息服装材料是该类服装的基础。电子信息智能服装材料是指将电子技术、信息技术等高新技术融入纺织服装产品的高科技材料[3]，如导电纤维、导电复合纱（图1）、光导纤维等。

导电纤维是指在标准状态（20 ℃、相对湿度为65%）下，比电阻低于107Ω·cm的纤维，具有优良的导电性能，并能通过电子传导和电晕放电来消除静电，主要用于消除静电、吸收电磁波以及探测和传输电信号等[4]。智能服装在满足“智能”的同时，也应保证服用性能不受影响。所以，电子信息类智能服装要求服装内电子器件的连接导线具备柔韧性及可织性。柔性可拉伸的导电纤维/纱线能够满足上述要求，因而有望成为传统金属导线的替代品[5]。西南大学毛翠平等[6]采用浸润-还原方法制备了高导电蚕丝纤维，使蚕丝纤维可以应用于未来的智能服装中。

图1 导电复合纱

光导纤维是一种可将光能封闭在纤维中并使其以波导方式进行传输的光学复合纤维，亦称为智能光纤[4]。由于其既可感知信息又可传输信息，柔韧性好，且易于加工，近些年来也广泛应用于智能服装领域。

上述两类典型性研究具有普适性的启发意义，即如何在传统的易纺织纤维或纱线的表面或者内核进行导电性改造，使之能够在不改变服用性能的基础上，增加导电性能，进而将微电子、电子科学“嫁接”到服装领域。

1.2 电子信息类智能服装

智能服装一般是指能模拟生态系统，感知外部及内部环境变化，通过反馈机制作出响应，且能够保留服装固有风格和服用性能的服装[7]，即智能服装同时具有感应功能和反馈功能。

将无生命的服装与人体这一复杂的生命体进行关联和类生物的“对话”，是电子信息类智能服装试图突破和达到的目标。

按照智能化所采用技术手段的不同，智能服装可分为功能性材料类智能服装和电子信息类智能服装两大类，后者的实现主要依托于电子信息智能纺织品[8]。通过植入或者嵌入的方式，将一些电子器件（例如电源、柔性传感器、芯片等）与普通服装结合，可制成电子信息类智能服装[9]。电子信息类智能服装具备采集、分析、监控和传输数据的功能，可以与使用者进行交互，种类繁多，功能强大[8]。

2 电子信息类智能服装的应用

电子信息类智能服装种类繁多，功能复杂，在运动监测、医疗健康、休闲娱乐、军工、通信等多个领域都有应用，可为穿着者提供生活便利，在特殊环境下甚至能够保证穿着者的人身安全。

2.1 运动监测

电子信息类智能服装在运动领域的应用，主要集中在通过传感器监测人体在运动过程中的心率、呼吸频率等生理指标，目的是通过这些生理数据反映穿着者的身体健康状态以及运动效果[10]，此外，还有一些学者致力于运动损伤防护服装的研发。近年来，越来越多的人开始走进健身房锻炼身体，训练项目种类繁多，某些项目如果在缺乏科学指导的情况下进行，极易对人体造成损伤，如初学者在进行杠铃硬拉训练时，极易损伤腰部肌肉。针对这个问题，李柽安等[11]在综合运用传感器、数字信号处理、软件算法等技术的基础上，研发了一款腰部运动损伤防护智能服装，能够防止腰部肌肉过度疲劳。

智能服装公司Athos开发了一套智能运动服装，如图2所示，这套智能服装包括一件长袖上衣和一条弹性健身短裤。服装中植入了Athos Core小芯片和多个肌电传感器，可以监测穿着者身体各部位的运动状态和肌肉疲劳程度等生理数据，这些数据可通过蓝牙发送到用户的手机中[12]。Aaron Belbasis等[13]研制了一款可以检测运动员潜在身体损伤的智能紧身衣，原理是在服装中置入压敏电阻材料，测定穿着者在运动时的肌肉活动状况。

图2 Athos推出的全新智能运动衣和短裤

2.2 医疗健康

电子信息类智能服装能够应用于医疗健康领域，主要得益于服装内嵌入的各类传感器，可以实时监测人体生理参数，如体温、心率、血压等，能够预防、监控各种突发性或长期性疾病。近些年来，人们的生活节奏不断加快，生活、学业等造成的压力与日俱增，因此，很多人都有饮食不规律、抽烟、熬夜等不良生活习惯，导致患高血压、糖尿病等疾病的概率逐年增加[14]。此外，由于人口老龄化程度不断加深，独居的老人越来越多，人们对医疗健康类智能服装的需求越来越高，以便能够随时监测自身身体状况，及时发现潜在疾病，以免错过病情的最佳治疗时机。

MITSUFUJI纤维工业公司开发了一种服装用智能纤维，命名为“AGposs T1”。这种纤维兼具高导电性、耐久性、弹性、伸缩性以及耐洗涤性能，利用该种纤维制成的服装，可监测人体的心率、血压、呼吸量等生理信息，从而获取穿戴者的身体健康状况。Vivometrics公司推出了一款“救生衬衫”，这款衬衫中嵌入的传感器能够监测人体皮肤温度、呼吸频率等30多种生理数据指标[15]，可以使用掌上电脑记录这些数据，极大地提升了监测数据的全面性，有利于疾病的发现和预防。

2.3 休闲娱乐

休闲娱乐类智能服装能够加强人与服装的交互性，提升服装的趣味性。飞利浦公司曾研发出一种智能夹克，这款夹克衣领上装有立体扬声器，能够播放音乐，播放装置体积较小并且能够拆除。通过改变领型，穿着者可以改变音乐的播放方式，如独自欣赏或者与人分享；夹克面料内嵌有天线，可进行收音、接听电话以及下载音乐等[16]。根据夜间骑行爱好者的需求，荷兰科学家开发了一款可以连接手机的智能骑行夹克，骑行者只要在手机上设置好导航路线，智能夹克就可以按照规划好的路线导航；在智能夹克的背部还装有LED显示屏，通过LED灯光颜色的改变来表征骑行者的骑行方向，提醒后方车辆，保证骑行者夜间骑行的人身安全[17]，减少交通事故的发生。比利时的研究人员通过在服装内衬中置入微电脑芯片，使服装具有接听移动电话的功能，服装中的传感器还能感知环境噪音的大小，自动调节电话音量[18]。张乃中等[19]研发了一款能够演奏音乐的电子智能服装：先将导电纱线编织到面料中，制得导电针织面料，再结合控制芯片和计算机编程技术，使服装具有演奏各种乐器的功能，这种虚拟演奏颠覆了传统的乐器演奏方式，在某种程度上实现了“无实物”表演。

2.4 军工领域

军工领域对电子信息类智能服装的需求十分广泛，目前，这一领域的研究主要集中在受伤士兵的医疗救护方面。将一些电子智能纤维和微型传感器置入作战服中，使作战服具备监测士兵血压、体温等生理数据的功能，还可以识别外界的有毒介质并报警，提高作战服的信息化水平[20]。除此之外，智能化作战服还能抵御武器、自然环境、火焰等战场灾难对士兵的侵害[21]。研究人员在衬衣中植入塑料光纤传感器，使该衬衣能够探测士兵心率；光纤断裂后传输信号会发生变化，医护人员根据这些信号的变化，就能判断士兵的受伤部位及受伤程度[22]。除此之外，在服装中嵌入超微感应器，能够辨别受伤士兵体表出血点，结合微电脑和远程控制技术，使出血点周围的服装面料自动收缩，形成绷带，能够起到止血功能[23]，第一时间对受伤士兵实施救援，提高士兵在战场上的生存能力。

3 电子信息智能服装发展的难点

以上各类电子信息智能服装的研制，在不同的应用导向下进行了富有价值的探索。从其创新探索的逻辑思考来看，“做加法”是出发点和实现方式，思维起点是将生命检测前移，试图通过将成熟的生命体征监测技术融合到服装中，实现对生命体征数据的实时读取与检测，进而与大数据检测、疾病预测、生命安全警示等传统医学、医疗科学方面的内容相结合，实现服装由传统的“保暖”到“保命”的质变。该类研究的核心有两点，一点是生命信息的准确感应，多涉及柔性传感器的领域；另一点涉及传输电路和分析电路的问题。前者主要需要解决电信号传输需求与服装穿用环境条件之间的矛盾，后者需要确保对生物电信号的准确分析，并确保数据分析模型的准确性和科学性。

由于纺织品类柔性材料天然且不具备良好的导电或其他满足电路设计需求的性能，在与生物、电路、微电子科学相结合的过程中，存在诸多需要解决的难题，主要包括3点。

3.1 服装制作工艺

电子信息类智能服装的面料在织造过程中可能会加入导电纤维、导电纱线或光导纤维，或者服装中会置入一些电子元器件，这些电子信息智能服装材料的存在会加大服装缝制成形的难度。此外，怎样在不损害服装美观性并保证人体穿着舒适性的情况下，将电子元器件植入服装中，也是一个尚未完全攻克的技术难点。

3.2 电子元器件的能源供应

尽管目前许多电子元器件变得越来越微型化、轻质化，但仍然需要搭配电池使用，以保证能源供应。目前，电池存在续航能力不足、体积过大等问题，电池体积过大会降低智能服装的服用舒适性能，随着使用时间的延长，电池还会出现供电不均匀的现象，使数据处理准确性以及信号传递稳定性下降[24]。因此，需要进一步提升电池性能，改善电子元器件的能源供应。

3.3 跨领域产品设计的专业技术障碍

电子信息类智能服装的研发依托于电子信息类智能纺织品，而智能纺织品是跨领域技术结合应用的产品，物理、化学、生物、材料、电子、信息通信等领域的研究学者需要紧密合作才能进行智能纺织品的研发。在合作过程中，如何向不同学科背景的研究人员诠释不同的专业知识并融会贯通，是一个亟待解决的问题。

4 电子信息类智能服装的发展趋势

随着人们对于品质生活的要求日益提高，人们会更加关心生命存活的状态，对于能够反映生命体征、提高生活质量的科技产品的需求正在由隐性走向显性。服装作为与人体关联时间最长、与人体关系最为密切的产品，天然具有满足这一需求的优势。因此，电子信息类智能服装的研究应该关注相关需求及其发展趋势，加大科技创新的力度，满足人们的心理需求。

4.1 功能更加多样

由于目前技术尚存在不足之处，大部分电子信息类智能服装的功能比较单一。随着相关领域技术的不断发展与交流，未来的智能服装将集多种功能于一体，如一件服装可兼具运动监测和休闲娱乐功能，能够避免运动过程中的枯燥乏味，提升运动的趣味性，达到一物多用的效果。多功能的智能服装能够更好地满足消费者的需求，吸引消费者购买，促进智能服装的商业化和大众化。

4.2 更加注重绿色环保

智能服装中含有的导电纤维、光导纤维、传感器、电池等电子设备如果不能妥善处理，将会对环境造成极大的污染，不利于智能服装的发展。智能服装废弃后，应尽可能回收电子设备中的稀有元器件和金属材料进行循环再利用[25]。随着人们环保意识的不断增强，未来在设计智能服装时，会尽量选用天然、可降解的原材料减少污染物的排放，也减少智能服装产品在设计、制造过程中对环境的破坏。

4.3 服用性能更加完善

服用舒适性能是智能服装在设计制造过程中必须要考虑的问题，包括选用舒适的面料，同时服装结构设计也要合理，不能影响穿着者的日常活动。电子信息类智能服装在设计制作时除了考虑服装款式、结构、面料这些服装本身的设计要素之外，还要考虑基于硬件模块的电子产品与人体皮肤接触的舒适性，而且部分电子器件的体积过大，不适合嵌入服装中[26]。尽可能减小电子元件模块的体积与重量，进一步研发可穿戴的柔性电子元器件，是电子信息类智能服装发展的趋势。

5 结语

电子信息类智能服装是目前的研究热点，作为新兴的一类智能服装，应用领域十分广泛，在医疗健康、运动监测、军事领域等都能看到电子信息类智能服装的身影。尽管我国在这一方面的研究起步较晚，但随着纺织服装行业、医疗行业、计算机行业等多领域研究成果的结合，跨领域产品设计的专业技术障碍被打破，越来越多的电子信息类智能服装会被研发并投入市场，实现商业化和大众化，促进智能服装多样性发展。