智能健康监测女性运动内衣的研究进展

杨钰蝶，许黛芳，胡伊嬿，欧嘉欣，胡啟美，周雅玲

(嘉兴学院，浙江 嘉兴 314001)

1 引言

服装作为人类的“第二皮肤”，正突破原有的功能和审美，向着智能化和功能化的方向发展。以目前备受关注的女性健康问题为例，许多女性乳腺疾病是由内衣选择不当引起的，因此以智能>健康监测技术为核心的女性运动内衣开发成为热点。智能健康监测女性运动内衣使用可穿戴技术，将柔性传感器运用到服装设计中，使健康监测功能得以实现，一方面，它可实时获得穿着者的部分生理数据，包括心率、血压、体温等，实现数据智能交互；另一方面，它可及时对女性健康问题作出反应，以便纠正不利于健康的方式和行为。本文总结分析了智能健康监测女性运动内衣的现状、存在的问题以及发展趋势，并设计了一款智能女性运动内衣以供参考。

2 智能健康监测女性运动内衣研究现状

2.1 可穿戴技术

可穿戴技术是一种把多媒体、传感器和无线通信等技术嵌入日常穿戴中，支持多种人机交互操作的新型技术。可穿戴技术从最早的简单缝合和粘贴，发展到现在的模块化技术、嵌入式技术和纤维基传感技术，显现出巨大的发展潜力。

2.2 柔性传感器技术[1]

柔性传感器是采用柔性材料制成的特殊传感器。相较于传统的金属传感器，柔性材料具有体积小、耗电少、延展性柔软性佳等优点。柔性传感器的加入，使运动内衣在满足基本穿着、塑性功能的同时，具备感知、响应、反馈功能，可进一步提升其智能化。根据不同的感知方式和工作原理，目前较常见的柔性传感器有三种：电容式传感器、阻压式传感器和压电式传感器。

服装是柔性传感器应用的最佳载体，市场中已有不少服装与柔性传感器结合的例子。2014年，Mino公司自主研发了一款智能婴儿连体衣，通过柔性传感器，可及时采集婴儿的体温、心跳、呼吸等数据。2016年，飞利浦公司研发出一款可收音、听音乐、接电话的智能夹克，将播放装置隐藏于衣领中，既方便携带又可拆除，同时可通过衣领的翻、立选择声音是否外放。2017年，Polar公司推出一款智能运动服，将GPS、心率计等设备集成到运动服中，实时监测心率，跟踪定位，测量速度、距离、加速度等，并支持自带系统采集、分析数据。

2.3 发展现状

目前，国内外对智能健康监测女性运动内衣的研究尚处于探索与试验阶段。易红霞等人[2]提出采用镀银导电纱线制成针织柔性传感器集成在服装上，构建无线信号传输系统，并通过Visual Basic 6.0实现信号传输。胡艳琼[3]分析了心电监测服装信号采集质量的影响因素，通过实验获得结论：在用户满意度和采集信号质量方面，导线款服装更具优势。郭秋晨[4]开展了集成不同导电材料针织柔性传感器的智能无缝服装研究，得出以局部添纱的方式将传感器编入服装面料中可进一步提高服装的美观性和穿脱便利性。

智能运动内衣是多学科交叉的产物，涉及医学、电子通信学、人体工效学等。近年来，随着跨学科融合和科技创新的迅猛发展，智能运动内衣在服装市场上也经历着从零到有再到优的突破。2015年，英特尔和Chromat合作推出可收集心跳、体温等人体数据的运动内衣。2016年，中国品牌爱慕推出首款智能运动内衣，其采用织物电极传感面料、3D运动传感器和高精度心率监测设备，并加入了心率语音播报功能。2017年，亚洲创业企业Unicorn Park发布首款智能文胸Magic，可利用后台算法，实时提示运动者心率情况，并给出训练建议。智能运动内衣成为企业争相涉足的领域，运动内衣的智能化成为不可阻挡的趋势。

3 智能健康监测女性运动内衣存在的问题

智能健康监测女性运动内衣作为新兴产物，其市场尚未成熟，在消费者中认可度不高。大部分产品功能单一，只能简单地监测心率、体温；部分有独特功能的智能运动内衣成本高、工艺复杂、定价过高，不能真正吸引消费者。智能运动内衣是多专业领域结合的产物，在研发过程中，需不断碰撞、融合，才能推出符合市场和消费者需求的产品。目前，智能健康监测女性运动内衣设计开发存在以下问题。

3.1 舒适性

舒适性是贴身服装最重要的考虑因素，而柔性传感器的嵌入在一定程度上会影响运动内衣穿着舒适性。为了获得准确的数据，柔性传感器的嵌入位置有很大的局限性，在不同部位会对穿着舒适性产生不同程度的影响，并且柔性传感器工作时产生热、电、磁也会影响着装感受。

3.2 美观性

加入传感器必定会改变运动内衣的原有外观。大部分的智能运动内衣是将运动内衣与传感器机械地结合在一起，易造成衣物表面不平整，影响整体外观。合理排布传感器、缩小传感器体积，以降低它们的“存在感”，是研发者必须考虑的要点。

3.3 可洗涤性

作为运动时贴身穿着的衣物，洗涤是必要的环节。在智能运动内衣中存在着多种电路元件甚至裸露在外的接口，其可洗涤性直接影响到产品的使用寿命。

3.4 数据可靠性

实时监测功能是智能运动内衣的核心功能，设计者必须加强监测设备的稳定性，确保穿着者运动过程中获得的数据真实可靠。

3.5 续航能力

元器件功耗大，使得产品续航能力受到限制。优化元器件，增加续航时间，可提高产品的竞争优势。

4 智能健康监测女性运动内衣发展前景

女性运动内衣不仅是服装，更是健康生活理念的体现。其在保护女性健康、提高生理舒适性上有不可忽视的作用。未来的智能健康监测女性运动内衣将是集功能性、舒适性、美观性于一体的产品，其发展前景[5]如下：(1)在功能上延续已有优势，优化防震设计，加入疾病监测功能，保护女性乳房，在一定程度上预防乳房疾病的发生；增加适时调节功能，根据数据反馈调节内衣松紧；设计运动管理功能，制定用户专属运动方案。(2)重视传感器核心技术，与面料开发同步进行，将柔性传感材料与织物结合，提高产品的吸湿性、透气性，且不影响美观。(3)通过拉链、搭扣、挂钩等实现智能监测设备的可拆卸性，便于穿脱及携带，保证产品的舒适性和可洗涤性。同时减少各器件之间的连接线，降低穿着负担。(4)向个性化定制方向发展，针对不同穿着者的个体情况，调节产品维度和重点监测信息，使量身定制成为可能。(5)进行工业化生产，适应市场环境。优化生产技术，合理选择原材料，降低产品成本，使其功能和定价满足消费者预期。

5 智能健康监测女性运动内衣设计实例

根据已有成果，结合市场需求，以年轻女性为目标群体，设计图1款式智能健康监测女性运动内衣。

图1 智能健康监测女性运动内衣设计实例

5.1 款式面料

采用粗带 “工”字型款式，底部弹性面料收紧。研究表明，这种款式的运动内衣对运动状态下的人体心率、血压影响最小，舒适性最强。粗带的设计相较细带更易于传感器等器件的嵌入。选用莫代尔/氨纶混纺面料，柔软、舒适、有弹性、不易变形，透气性、吸湿性较强，保证了服用舒适性。

5.2 智能健康监测功能

图1中1代表心率、温度、血压传感器，靠近心脏的部位；2代表传感器触发元件，位于内衣下部中端；3代表电源外接端口，与传感器触发元件套叠排布。

靠近心脏部位的传感器将人体信号转化为电信号，用户通过蓝牙和相关APP获取实时数据。系统可根据生理数据制定运动方案和运动强度，当运动数据超过一定范围，将对用户进行提醒或自动报停。使用时，按压传感器触发元件即可启动设备；再次按压元件，可使设备进入待机状态，节约电量。当电量消耗完，需通过电源外接口对产品进行充电。

5.3 缝制工艺[6]

智能健康监测女性运动内衣的制作涉及到衣片缝合、元件嵌入等，由于各材料之间的刚柔属性不同，增大了缝制难度。因此，在基础缝制的基础上，制订了图2所示的一套完整的智能运动内衣制作流程。

图2 智能女性运动内衣制作流程

6 结语

智能健康监测女性运动内衣的发展，依赖于可穿戴技术和柔性传感器技术的发展，目前大多处于实验室阶段。在其市场化发展中，必须重视服装工效学、服装材料学、电子信息学、医学等的多学科集成，统筹考虑服装舒适性、功能性、美观性、安全性等因素。智能健康监测女性运动内衣的发展将引领服装智能化的前进方向，其今后的研究重点主要有：智能女性运动内衣款式的选择。智能女性运动内衣需考虑款式对电子元件的隐藏、服装的可穿脱性、安全性等的影响；柔性传感器与面料的结合。使传感器柔软程度与面料基本吻合，减小传感器质量、体积，实现柔性传感器与面料的完美结合；优化电路设计。电路系统是智能女性运动内衣的基础，它的设计有巨大的提升空间，通过优化，可改善穿戴安全、数据传输、产品续航等问题。