沈 雷, 李 儀, 薛哲彬

(江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122)

研究與技術(shù)

智能服裝現(xiàn)狀研究及發(fā)展趨勢(shì)

沈 雷, 李 儀, 薛哲彬

(江南大學(xué) 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫 214122)

通過梳理近年來國(guó)內(nèi)外智能服裝的研究成果與應(yīng)用情況，總結(jié)智能服裝的主要特點(diǎn)與系統(tǒng)要求，歸納智能服裝的關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)品分類。分析智能纖維與智能元件的應(yīng)用，提出智能元件與服裝的結(jié)合部位、結(jié)合方式及結(jié)合原則，并進(jìn)一步提出目前智能服裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)在智能材料、智能元件及服裝款式設(shè)計(jì)三方面存在的問題。最后提出未來智能服裝的發(fā)展方向，即注重科技化與功能化的同時(shí)，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的人性化，做到真正“以人為本”。

智能服裝；智能纖維；傳感技術(shù)；交互技術(shù)；人性化

隨著國(guó)內(nèi)外智能可穿戴產(chǎn)品市場(chǎng)的大熱，智能元素越來越受到消費(fèi)者的追捧，智能服裝也應(yīng)運(yùn)而生。如美國(guó)牛仔品牌李維斯(Levi’s)推出的音樂外套，該外套具有儲(chǔ)存和播放音樂的功能，消費(fèi)者還可以通過該音樂外套收聽電臺(tái)廣播。播放開關(guān)為全布料電容鍵，輕按一下即可播放音樂。英國(guó)設(shè)計(jì)師珍妮·提爾洛森曾提出一種“情緒香熏服”，該智能服裝能散發(fā)香味，并隨著人情緒的變化而變化。OMbra智能胸罩內(nèi)置傳感器，可以分析、記錄穿戴者的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，包括心率、步數(shù)、卡路里消耗等數(shù)據(jù)，配套的手機(jī)APP還可查詢到穿戴者的實(shí)時(shí)身體狀況。還有可顯示文字與圖片的智能T恤衫，防丟失的GPS定位服，太陽能充電服等。智能服裝將設(shè)計(jì)與科技結(jié)合，解決了人們?nèi)粘Ｉ钪械闹T多問題，也帶給人們不一樣的穿衣體驗(yàn)。

1 智能服裝概述

1.1 智能服裝定義

具有多學(xué)科交叉特點(diǎn)的智能服裝是服裝與信息技術(shù)結(jié)合的結(jié)果，采用先進(jìn)的材料及紡織技術(shù)，植入微型化、柔性化的電子元件裝置，實(shí)現(xiàn)信息感知、計(jì)算和通信等功能，在保障服裝穿著舒適性的前提下，為用戶提供智能分析、決策支持和反饋控制[1-3]。

1.2 智能服裝主要特點(diǎn)

智能服裝系統(tǒng)集成了微型計(jì)算機(jī)、通訊及傳感裝置等，采用先進(jìn)的技術(shù)，具有高效智能、信息處理能力強(qiáng)等特點(diǎn)[4]。智能服裝能夠增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)，使用戶能更好地感知外部與自身信息。此外，智能服裝的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，其系統(tǒng)可嵌入多個(gè)功能模塊，為用戶提供一系列個(gè)性化服務(wù)。智能服裝的可穿戴特性，使其具有操作便捷、反應(yīng)靈敏、人性化等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了服裝與人的無縫交流。

1.3 智能服裝系統(tǒng)要求

智能服裝具備復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以支持各種強(qiáng)大的信息感知、信息處理及信息交流等功能[5]，具體要求有五點(diǎn)：

1)采用模塊化架構(gòu)。主要包括感知人體及周圍環(huán)境的各種傳感器、處理器、存儲(chǔ)器、通信模塊和動(dòng)作執(zhí)行器等。

2)具有特定的應(yīng)用領(lǐng)域。如健康保健服、休閑娛樂服、特種抗災(zāi)服、特殊運(yùn)動(dòng)服、智能作戰(zhàn)服等。

3)良好的環(huán)境適應(yīng)性。如穿著應(yīng)力作用、洗滌破壞、電磁和運(yùn)動(dòng)干擾等。

4)較低的功耗需求?？纱┐飨到y(tǒng)需要完成各種復(fù)雜的應(yīng)用功能和通信功能，能量消耗較大，但其能源受限的特點(diǎn)又要求系統(tǒng)具有低功耗的性能。

5)強(qiáng)大的信息處理與運(yùn)算功能。傳感器感知的人體生理和周圍環(huán)境信號(hào)需要復(fù)雜的處理和分析融合，以進(jìn)行有效的識(shí)別和決策。

2 智能服裝關(guān)鍵技術(shù)

智能服裝的實(shí)現(xiàn)需要依靠多種新科技技術(shù)，涵蓋紡織、通信、計(jì)算機(jī)、微電子等技術(shù)領(lǐng)域，具體有七大關(guān)鍵技術(shù)[6]，如圖1所示。

圖1 智能服裝關(guān)鍵技術(shù)分類Fig.1 Classification of key technologies of intelligent garment

2.1 低功耗技術(shù)

智能服裝的復(fù)雜功能需要持續(xù)消耗電量，但其可穿戴及移動(dòng)特性又要求其電源裝置具備輕便、體積小的特點(diǎn)，因此必須從各個(gè)方面降低其功耗，如顯示器、操作系統(tǒng)、芯片、終端互聯(lián)等，并尋找功耗與性能的平衡。主要包括以下兩個(gè)方面：

1)軟件設(shè)計(jì)。軟件的設(shè)計(jì)只需滿足系統(tǒng)的核心需求即可，對(duì)次要和多余的功能應(yīng)進(jìn)行裁剪。軟件設(shè)計(jì)多基于成熟的嵌入式操作系統(tǒng)。

2)硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)多采用低功耗芯片，如低功耗藍(lán)牙芯片等。并依靠低功耗微控制技術(shù)、嵌入式技術(shù)和人機(jī)交互技術(shù)等支撐。

2.2 高效能源技術(shù)

智能服裝產(chǎn)品在尋求低功耗的同時(shí)也需要高效率的能源供給，具體方法包括高效能電池技術(shù)及可續(xù)航電池技術(shù)。其中高效能電池技術(shù)要求電池的體積盡可能縮小，電池的容量盡可能增大，而可續(xù)航電池技術(shù)主要依靠極速充電、無線充電等技術(shù)，并通過太陽能或其他能源的轉(zhuǎn)化取得更大的突破。目前市場(chǎng)上柔性薄膜太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率最高也只達(dá)到30%左右，依舊需要提高。

2.3 系統(tǒng)集成技術(shù)

系統(tǒng)集成是將各個(gè)分離的信息、功能和設(shè)備通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和結(jié)構(gòu)化的綜合布線系統(tǒng)集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一的系統(tǒng)之中，以達(dá)到資源共享，高效管理的作用。系統(tǒng)集成技術(shù)主要包括模塊集成和功能集成兩方面，模塊集成是指將電子元件整合到極小的單一封裝中，主要依靠系統(tǒng)及封裝微型化技術(shù)；而功能集成則是實(shí)現(xiàn)設(shè)備的互聯(lián)互通交互操作，使功能配置合理，主要基于無線體域網(wǎng)技術(shù)。

2.4 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是智能服裝實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵，起著連接人與機(jī)的橋梁作用。傳感技術(shù)能實(shí)現(xiàn)心率、血壓、卡路里消耗等生理數(shù)據(jù)的監(jiān)控，也能感知溫濕度、壓力和位置等環(huán)境信息的變化，還具有語音識(shí)別、手勢(shì)分析、眼球追蹤等功能[7-9]。傳感器的種類繁多，具體可分為以下三類：

1)運(yùn)動(dòng)傳感器。運(yùn)動(dòng)傳感器可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，分析人體的活動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能，主要包括加速度傳感器[10]、大氣傳感器和電磁傳感器等。體育運(yùn)動(dòng)類智能服裝便采用運(yùn)動(dòng)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使用者的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和體能指標(biāo)，代表性產(chǎn)品有OMbra智能胸罩、Hera.training智能運(yùn)動(dòng)背心、Hexoskin Smart運(yùn)動(dòng)衣等。

2)生物傳感器。生物傳感器可實(shí)現(xiàn)人體生理數(shù)據(jù)的檢測(cè)分析，應(yīng)用于醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域[4]，主要包括體溫傳感器、心電傳感器、血壓傳感器、腦電波傳感器等。健康管理類智能服裝便采用生物傳感器，監(jiān)測(cè)使用者的生理指標(biāo)，并用于健康分析。代表性產(chǎn)品有AiraWear按摩衛(wèi)衣、會(huì)發(fā)熱的Ravean夾克、能檢測(cè)糖尿病的Siren Care智能襪等。

3)環(huán)境傳感器。環(huán)境傳感器對(duì)環(huán)境的變化可進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，主要包括溫濕度傳感器、氣壓傳感器、麥克風(fēng)、圖像視頻采集設(shè)備等。安全防護(hù)和休閑娛樂類智能服裝便采用環(huán)境傳感器，實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的信息交互。代表性產(chǎn)品有GPS智能定位童裝、會(huì)發(fā)光的HNTS夜跑服、嬰兒睡眠監(jiān)控服、李維斯(Levi’s)的音樂外套等。

2.5 數(shù)據(jù)交互技術(shù)

數(shù)據(jù)交互技術(shù)包括人機(jī)交互技術(shù)和設(shè)備交互技術(shù)兩大類。

人機(jī)交互技術(shù)主要包括語音識(shí)別、人臉識(shí)別、手勢(shì)分析、穿戴式顯示技術(shù)等。其中穿戴式顯示技術(shù)主要有微型顯示、柔性顯示及透明面板等，而手勢(shì)控制技術(shù)包括手勢(shì)識(shí)別、觸控和手套控制等。語音識(shí)別技術(shù)則可通過辨別和分析聲音信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的文本或命令輸入，達(dá)到解放雙手、提高工作效率的目的。

設(shè)備交互技術(shù)使智能服裝與其他智能產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，推動(dòng)信息的流通，為用戶創(chuàng)造更多的價(jià)值。

2.6 無線通信技術(shù)

智能服裝與終端的通信主要基于藍(lán)牙、NFC、W L A N 等短距離無線通信技術(shù)，此外，也可通過移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享。例如江南大學(xué)研發(fā)的NFC女士防狼禮服，就采用了NFC短距離無線通信技術(shù)，將用戶的家人、男友的手機(jī)號(hào)碼輸入芯片中，并配合具有NFC功能的手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥號(hào)、報(bào)警功能等。另外，藍(lán)牙技術(shù)與GPS技術(shù)也常應(yīng)用于防走失智能服裝中，使兒童、老年人等弱勢(shì)群體的安全得到了保障。無線通信技術(shù)的應(yīng)用無疑使智能服裝變得更加便捷、高效。

2.7 信號(hào)處理技術(shù)

信號(hào)處理是把傳感器采集到的生理或環(huán)境信號(hào)進(jìn)行處理從而提取出有用信息，它是對(duì)信號(hào)進(jìn)行提取、變換、分析、綜合等處理過程的統(tǒng)稱。信號(hào)處理可分為模擬信號(hào)處理和數(shù)字信號(hào)處理兩類。

智能服裝實(shí)現(xiàn)了服裝與人的無縫交流，而這種交流無論是數(shù)據(jù)分析、文字顯示，還是語音反饋、影像呈現(xiàn)，都需要進(jìn)行大量的信號(hào)處理。通過內(nèi)容運(yùn)算系統(tǒng)分析、環(huán)境感知分析和各種測(cè)量分析等，為用戶提供更合理的指導(dǎo)與建議。

3 智能服裝分類

由于服裝可緊貼身體，與人體的接觸面積較大，可以實(shí)現(xiàn)不同功能傳感器的分布，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確。但服裝類產(chǎn)品存在清洗問題，所以目前的智能服裝種類比較有限，多以體征檢測(cè)和健康管理為主要功能，記錄和分析人的動(dòng)作、行為等指標(biāo)。按功能可分為體育運(yùn)動(dòng)、健康管理、安全防護(hù)和休閑娛樂四大類，如表1所示。

3.1 體育運(yùn)動(dòng)類

體育運(yùn)動(dòng)類智能服裝主要用于記錄并分析使用者的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，幫助獲得更好的鍛煉效果。如Athos推出的智能運(yùn)動(dòng)衣，產(chǎn)品內(nèi)置了大量的傳感器，可以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)者的呼吸頻率、心率和肌肉運(yùn)動(dòng)情況，并將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙實(shí)時(shí)發(fā)送到智能手機(jī)中。整個(gè)裝置的質(zhì)量不到20 g，并且可以連續(xù)使用10 h以上。Radiate熱感應(yīng)變色T恤可監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)者身體肌肉群的訓(xùn)練情況。因?yàn)槿嗽谶\(yùn)動(dòng)時(shí)，人體各部位的新陳代謝及肌肉膨脹程度會(huì)有所不同，從而散發(fā)的熱量也不同。Radiate能實(shí)時(shí)感應(yīng)到運(yùn)動(dòng)者身體各部位所散發(fā)的熱量，并表現(xiàn)出不同深淺的顏色變化效果，使運(yùn)動(dòng)者可實(shí)時(shí)了解到自己的肌肉鍛煉情況。同時(shí)，這件T恤還具有局部散熱、吸汗的功能。阿迪達(dá)斯Hotpants充電保溫運(yùn)動(dòng)褲在褲腿中內(nèi)置電池，讓運(yùn)動(dòng)員的腿部肌肉維持在理想的38 ℃，從而獲得持久的動(dòng)力。

雖然體育運(yùn)動(dòng)類產(chǎn)品已得到廣泛應(yīng)用，但監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和傳輸速度的有效性是其將要攻克的難點(diǎn)。

表1 智能服裝分類Tab.1 Classification of intelligent garments

3.2 健康管理類

健康管理類智能服裝主要用于監(jiān)控用戶的健康數(shù)據(jù)，為其提供有價(jià)值的參考信息，使用戶能隨時(shí)關(guān)注到自身的健康狀況；或是具有保健、防治疾病等功能的產(chǎn)品[11-12]。如AiraWear按摩夾克，它內(nèi)置了一套充氣系統(tǒng)，這套系統(tǒng)可以按摩穿著者的穴位，并且這件夾克的配套APP會(huì)根據(jù)使用者的穿衣偏好給出相關(guān)建議和提醒，為消費(fèi)者帶來更舒適的穿衣體驗(yàn)。Bionic Bra智能文胸會(huì)根據(jù)穿著者所處場(chǎng)景的不同來調(diào)整文胸的松緊，可減少女性穿著Bra時(shí)引起的不適感。Bionic Bra運(yùn)用了仿生肌肉和3D打印等技術(shù)，并采用柔軟的智能布料制作，使服裝更貼合人體。

健康管理類智能服裝對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求較高，數(shù)據(jù)的處理、分析及后續(xù)服務(wù)也是其研究的重點(diǎn)。

3.3 安全防護(hù)類

安全防護(hù)類智能服裝主要為用戶提供安全防護(hù)，適用人群包括老人、兒童、殘疾人或針對(duì)某些高危職業(yè)從業(yè)者[13]。如GPS智能定位童裝，可將兒童的定位信息發(fā)送至指定聯(lián)系人的手機(jī)，從而降低兒童走失的風(fēng)險(xiǎn)，確保兒童的安全。嬰兒尿濕感應(yīng)褲通過濕度傳感器和蜂鳴器對(duì)嬰兒尿床信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和提醒，防止嬰兒尿濕后長(zhǎng)時(shí)間不被發(fā)現(xiàn)，從而避免皮膚產(chǎn)生濕疹等問題。

安全防護(hù)類產(chǎn)品對(duì)硬件設(shè)備的要求較高，如何提升警報(bào)功能和防護(hù)功能[14-15]是研發(fā)的關(guān)鍵所在。

3.4 休閑娛樂類

休閑娛樂類智能服裝主要與生活中某些行為相結(jié)合，解放雙手、方便人們的生活或帶來一種獨(dú)特的生活體驗(yàn)方式,如美國(guó)牛仔品牌李維斯(Levi’s)推出的音樂外套、“情緒香熏服”、可顯示文字與圖片的智能T恤衫等。這類產(chǎn)品應(yīng)在使用的方便性和智趣性等方面不斷提高，使其成為用戶生活中精彩而重要的一部分。

4 智能纖維的應(yīng)用分析

智能纖維在服裝上的應(yīng)用能夠提升服裝的功能性、舒適性和安全性[2]，但目前來說，智能纖維的開發(fā)技術(shù)有限，它依舊是智能服裝的一個(gè)研究重點(diǎn)與難點(diǎn)。

4.1 智能纖維的種類

1)智能凝膠纖維。智能凝膠纖維可隨外界刺激的變化而發(fā)生形態(tài)或體積的變化。常見的智能凝膠纖維有pH值響應(yīng)性凝膠纖維、光敏纖維、溫敏纖維和電敏纖維等。

2)形狀記憶纖維。通過應(yīng)力、溫度等條件使纖維發(fā)生塑性形變，但在特定的條件刺激下，又能使其恢復(fù)初始的形狀，這類纖維便是形狀記憶纖維。形狀記憶纖維可分為合金纖維、聚合物纖維和經(jīng)整理劑加工的功能纖維三大類。

3)相變纖維。相變纖維是一種能夠感知環(huán)境溫度變化并具有雙向溫度調(diào)節(jié)功能的高科技纖維[16]。當(dāng)環(huán)境溫度低于某一閾值時(shí)，相變纖維釋放熱量，達(dá)到保溫效果；當(dāng)環(huán)境溫度高于某一閾值時(shí)，相變纖維吸收熱量，達(dá)到制冷效果[17]。

4)智能變色纖維。智能變色纖維是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的纖維，在受到外界一定條件的刺激后可自動(dòng)改變顏色[18]。智能變色纖維主要分為光致變色和溫致變色兩種。光致變色纖維在一定波長(zhǎng)的光線照射下產(chǎn)生顏色變化，在另一種波長(zhǎng)的光線照射下發(fā)生可逆變化，即又變回原來的顏色。溫致變色纖維的表面附有特殊的微膠囊，這種微膠囊可隨溫度的變化而產(chǎn)生顏色的變化。

5)光導(dǎo)纖維。光導(dǎo)纖維是一種光學(xué)復(fù)合纖維，由纖芯和包層兩部分組成。它可將光能封閉在纖維中并使其以波導(dǎo)的方式進(jìn)行傳輸。光導(dǎo)纖維的傳輸性能優(yōu)異，可實(shí)時(shí)提供準(zhǔn)確的系統(tǒng)狀態(tài)信息。同時(shí)光導(dǎo)纖維具有信息感知和信息傳輸?shù)墓δ埽粡V泛應(yīng)用于各類傳感器中。

6)電子智能纖維。電子智能纖維是基于電子技術(shù)、傳感技術(shù)、通訊技術(shù)和人工智能等高科技手段開發(fā)出的新型纖維。目前的電子智能纖維主要有導(dǎo)電纖維和抗靜電纖維兩種，其中以導(dǎo)電纖維最具代表性。

4.2 智能纖維的應(yīng)用

隨著電子信息技術(shù)、納米技術(shù)、仿生技術(shù)、生物化工技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，智能纖維正朝著功能優(yōu)化、環(huán)保安全、低成本化的方向發(fā)展，廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、紡織服裝等領(lǐng)域。

如美國(guó)Mide公司開發(fā)的SmartSkin的新型智能潛水服，利用溫度響應(yīng)性水凝膠纖維制成，具有良好的防水透濕效果。美國(guó)George Tech Research公司和SensaTex公司合作研發(fā)的智能醫(yī)護(hù)襯衫，可監(jiān)測(cè)體溫、血壓、心跳、呼吸等多種生理數(shù)據(jù)。日本東洋紡公司研發(fā)的“愛克蘇”纖維，經(jīng)過親水基團(tuán)的處理，提高了聚丙烯酸分子鏈的吸水性，穿上這種纖維制造的智能服裝，即使人體出汗也感覺不到濕冷。日本東邦人造纖維公司制造出了一種溫敏變色泳衣，可在遇水后產(chǎn)生多種顏色變化，給人以美的感官感受。香港理工大學(xué)研制出了一種導(dǎo)電柔性織物傳感器，織物的表面具有PPY聚合物涂層，將其縫于服裝的關(guān)節(jié)部位，便做出一款可配合演員舞蹈動(dòng)作發(fā)出音樂的“跳舞衣”。意大利時(shí)裝設(shè)計(jì)師馬烏羅斯·塔里阿尼利用形狀記憶纖維研制出了一款“懶漢襯衫”，它的袖子長(zhǎng)度能隨溫度變化而變化，還可根據(jù)人體的排汗?fàn)顟B(tài)改變廓形[19]。

5 智能元件的應(yīng)用分析

智能服裝是包含科技性與藝術(shù)性的復(fù)雜系統(tǒng)，智能元件與服裝的結(jié)合形式不僅影響產(chǎn)品的外觀形象，更在很大程度上決定了用戶的體驗(yàn)效果，如圖2所示。

圖2 智能元件與服裝的結(jié)合要求Fig.2 Requirements on the combination of intelligent elements and clothing

5.1 智能元件與服裝結(jié)合部位

智能元件與服裝的結(jié)合要求具有隱蔽性和美觀的特點(diǎn)，因此一般將可穿戴模塊隱藏在服裝中，與之成為一體。

1)衣袋。衣袋是服裝的主要部件之一，其功能是用來放手、盛裝物品或修飾作用。衣袋種類樣式可分為貼袋、挖袋、插袋三大類，其中上衣挖袋和插袋是更適合的結(jié)合部位，它們大多處于腰部位置，不僅隱蔽性和舒適性較好，更便于雙手進(jìn)行控制。

2)衣領(lǐng)。衣領(lǐng)的位置與結(jié)構(gòu)適宜置入微型攝像機(jī)、耳機(jī)等視覺聽覺元件。衣領(lǐng)由領(lǐng)窩和領(lǐng)身組成，其中領(lǐng)窩連接門襟和里襟，利于線路的安插，而領(lǐng)口可設(shè)置小開口，使接口連接的元件易于卸下和安裝，也適宜安裝卡夾結(jié)構(gòu)。

3)門襟和里襟。門襟是開扣眼的一側(cè)衣片，里襟是釘扣子的一側(cè)衣片。門襟的位置通常在衣服的前衣片正中，其位置的便利和長(zhǎng)度優(yōu)勢(shì)很適合設(shè)置連接線等元件。

4)服裝外部。服裝外部也常用來安置模塊，方便拆卸和安裝，并對(duì)于服裝的款式無硬性要求，適應(yīng)性較廣。

5.2 智能元件與服裝結(jié)合方式

目前，智能元件與服裝材料在結(jié)合上還存在許多問題，其中導(dǎo)電連接一直是需要突破的技術(shù)難點(diǎn)。智能元件和服裝的結(jié)合方式按技術(shù)手段可分為三種：

1)基于纖維的技術(shù)。將納米級(jí)電子元件融入紡織成分中，或依靠導(dǎo)電纖維[20]來實(shí)現(xiàn)服裝的電子化功能。電子材料肉眼不可見，但該技術(shù)手段合成的材料對(duì)洗滌方法有特殊要求。

2)基于面料的技術(shù)。將微電子元件進(jìn)行特殊封裝后，通過微電子組合技術(shù)將其集成到紡織面料結(jié)構(gòu)中。此技術(shù)手段對(duì)紡織工藝有較高要求，但元件具有機(jī)可洗特性，并能確保整合后面料的功能穩(wěn)定性。元件尺寸是毫米或微米級(jí)，肉眼可見。

3)將電子元件、傳感裝置等與服裝直接裝配在一起，并可利用織物涂層技術(shù)實(shí)現(xiàn)各電子裝置的有效連接。在服裝清洗時(shí)可拆卸下來。

5.3 智能元件與服裝結(jié)合原則

智能元件與服裝的結(jié)合應(yīng)考慮隱蔽性、美觀性、功能性及安全性等方面，具體原則有四點(diǎn)：

1)穿戴部位應(yīng)為穩(wěn)固、不宜活動(dòng)的部位，盡量避免身體各個(gè)關(guān)節(jié)等位置。

2)穿戴方式和部位應(yīng)滿足易用性要求，盡量處在手指活動(dòng)范圍之內(nèi)，便于使用者控制器件。

3)穿戴方式應(yīng)具有舒適性，不妨礙使用者的日?；顒?dòng)，不對(duì)使用者自身或他人造成傷害。

4)穿戴位置和方式應(yīng)具備合理性，能發(fā)揮產(chǎn)品的最大功效。

6 產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)分析

智能服裝盡管是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的熱點(diǎn)與潮流，然而由于智能服裝系統(tǒng)的復(fù)雜性與學(xué)科交叉等特點(diǎn)，導(dǎo)致其發(fā)展相對(duì)緩慢，還未形成成熟、完善的產(chǎn)業(yè)化模式。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與完善，未來的智能服裝產(chǎn)品將帶給人們更多驚喜。

6.1 現(xiàn)狀與問題

目前智能服裝仍處在發(fā)展的初級(jí)階段，相關(guān)產(chǎn)品、理念及銷售模式都不夠成熟，主要存在以下幾類問題：

1)智能材料的研發(fā)跟不上產(chǎn)業(yè)化需求。自20世紀(jì)90年代以來，國(guó)內(nèi)外紛紛投入智能材料的研究中，德國(guó)、芬蘭、美國(guó)、日本等國(guó)家已取得較突出的成果，但各個(gè)國(guó)家的研究方向與側(cè)重點(diǎn)不一，因此并未形成一個(gè)統(tǒng)一規(guī)范的知識(shí)體系以供參考。智能材料的應(yīng)用要跟上產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程，低成本化是關(guān)鍵。另外，智能材料的高性能化與時(shí)尚化也是未來的發(fā)展趨勢(shì)。

2)可穿戴電子模塊不夠“人性化”。除了智能材料的應(yīng)用，嵌入電子元件是智能服裝的另一發(fā)展方向，然而目前來說，電子元件與服裝的結(jié)合還存在多方面的問題。首先，元件的體積大小不夠微型，安裝在服裝上給人以異物感。其次，模塊的功能性不強(qiáng)，測(cè)量精度與準(zhǔn)確度達(dá)不到相關(guān)要求，無法滿足用戶的真正需要。第三，電池續(xù)航時(shí)間短，這在很大程度上降低了用戶黏性。雖然目前在電池技術(shù)的研發(fā)上已有所突破，但因成本受限，未能大規(guī)模商用。

3)可穿戴設(shè)備未形成一個(gè)系統(tǒng)，資源整合有待加強(qiáng)。大部分智能服裝，其功能的實(shí)現(xiàn)都強(qiáng)調(diào)以數(shù)據(jù)為中心，主要集中在對(duì)數(shù)據(jù)的分析、處理和綜合上，但由于各數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的數(shù)據(jù)整合方式及標(biāo)準(zhǔn)不同，導(dǎo)致了分析結(jié)果的多樣化；各平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果不能互用，使得各信息得不到合理利用，輸出的數(shù)據(jù)也缺乏有效性，不能帶來更好的用戶體驗(yàn)效果。

4)智能服裝科技感強(qiáng)，時(shí)尚度不夠。隨著電子技術(shù)、紡織技術(shù)的發(fā)展，很多新興的材料與微元件被應(yīng)用到智能服裝中，多樣化的功能無疑使智能服裝科技感十足，但對(duì)服裝本身的款式設(shè)計(jì)卻沒有得到應(yīng)有的重視，導(dǎo)致最終的產(chǎn)品缺乏藝術(shù)性與美的感官感受。

5)產(chǎn)品性價(jià)比低。市場(chǎng)上智能服裝的價(jià)格高昂，但其功能不夠完善，無法滿足消費(fèi)者的真正需求，使得產(chǎn)品的用戶黏性低，也不能被中低收入水平的消費(fèi)者接受[21]。隨著產(chǎn)品的完善和性價(jià)比的提高，消費(fèi)者將擁有更多的選擇。

6)安全性能有待提高。智能服裝由于其功能的隱蔽性和材料的特殊性，容易引起生理及心理兩方面的安全隱患問題，在社會(huì)倫理方面也存在一定的爭(zhēng)議[22]。因此，智能服裝的研發(fā)除了應(yīng)具有科技含量、服用性能[23]、審美性能等方面，更不能忽視其安全性能。

6.2 發(fā)展方向

未來智能服裝的發(fā)展方向在注重科技性與功能性的同時(shí)，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的人性化，做到真正“以人為本”。

1)產(chǎn)品的微型化與舒適化。智能設(shè)備的可穿戴特性就要求其具有微型、輕量、隱蔽性良好的特點(diǎn)。另一方面，為了增加其用戶使用黏度，使產(chǎn)品真正融入消費(fèi)者的日常生活中，追求設(shè)計(jì)上的宜人化，避免產(chǎn)品帶來的異物感非常重要，這是使用戶能夠習(xí)慣并無意識(shí)使用產(chǎn)品的關(guān)鍵。在技術(shù)上要求電池、傳感器、芯片、屏幕等硬件的微型化和柔性化，研發(fā)低功耗處理器的同時(shí)提高電池的續(xù)航能力。

2)交互方式的多樣化。目前智能服裝與用戶的交互形式單一，基本是單方面的信息收集與呈現(xiàn)模式，缺乏與用戶的真正交流。在未來，多種多樣的交互方式將得到應(yīng)用，如語音識(shí)別交互、手勢(shì)交互、眼球追蹤交互、生物反饋交互、情景感知交互，甚至腦機(jī)交互等方式都可能運(yùn)用到智能服裝中。用戶不再是被動(dòng)地接受信息的反饋，而能通過簡(jiǎn)單的交互方式方便地操縱產(chǎn)品，滿足其日常需求，提高工作效率與生活質(zhì)量。

3)產(chǎn)品的多功能化與專業(yè)化。智能服裝一方面需要功能的多樣化來滿足用戶的多種需求，另一方面又需要在其領(lǐng)域做精做專，真正解決用戶關(guān)注的核心問題。

a)產(chǎn)品的多功能化。目前的智能服裝功能較單一，只能一時(shí)激發(fā)消費(fèi)者的好奇心與購買欲，難以產(chǎn)生持久的用戶黏性，而市場(chǎng)需要的是多功能的產(chǎn)品來滿足用戶的各種需求。因此提升社會(huì)配套資源的同時(shí)，應(yīng)構(gòu)建良好的軟件生態(tài)系統(tǒng)，不斷整合各種數(shù)據(jù)、應(yīng)用與服務(wù)，為用戶打造一體化、個(gè)性化的智能可穿戴體驗(yàn)。

b)產(chǎn)品的專業(yè)化。對(duì)于智能產(chǎn)品而言，能否提供專業(yè)、精確、可靠且及時(shí)的信息是能夠保持良好人機(jī)互動(dòng)的關(guān)鍵，而盲目雜亂的信息反饋容易對(duì)使用者造成不必要的困擾與負(fù)擔(dān)，降低用戶的工作效率。為了提高智能產(chǎn)品的操作方便與實(shí)用性[24]，使之專一、專業(yè)化，為用戶解決其最關(guān)心的核心問題更為重要。

4)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的場(chǎng)景化與人性化。智能服裝要真正做到“以人為本”，就需將設(shè)計(jì)帶入產(chǎn)品的使用場(chǎng)景，并同時(shí)考慮到使用者的身心與情感需求，使產(chǎn)品更加人性化與智能化。

a)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的場(chǎng)景化。智能服裝不似其他在一個(gè)封閉環(huán)境中使用的智能產(chǎn)品，其穿戴在人體身上，隨著使用者的移動(dòng)，需要面對(duì)不同場(chǎng)景，考慮使用者的社會(huì)活動(dòng)和使用場(chǎng)景是設(shè)計(jì)智能服裝的立足點(diǎn)。未來的智能服裝應(yīng)更關(guān)注用戶的需求，例如對(duì)某種特定人群的特殊需要進(jìn)行深入研究，運(yùn)用移情設(shè)計(jì)的方法，充分了解用戶的真實(shí)感受，設(shè)計(jì)出切實(shí)滿足用戶真正需求的產(chǎn)品，這將是智能服裝對(duì)社會(huì)進(jìn)步與人類發(fā)展更有意義的助力。

b)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的人性化。智能服裝的設(shè)計(jì)在考慮功能性[25]與智能化的同時(shí)，也不能忽視用戶的心理需求與情感需要。由于智能服裝集成了多種硬件模塊，其冰冷、冷漠的特性很容易使服裝與人體之間產(chǎn)生距離感，因此設(shè)計(jì)師需要給智能服裝添加一種溫情，賦予其“生命”，利用藝術(shù)化的手段減輕或消除這種陌生感，使智能服裝與用戶之間產(chǎn)生一種可相互交流、相互信賴，富有情感的關(guān)系。

7 結(jié) 語

智能服裝從眾多智能可穿戴產(chǎn)品中脫穎而出，無疑是國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)研發(fā)的熱點(diǎn)與重點(diǎn)。對(duì)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)來說，這是機(jī)遇，更是挑戰(zhàn)，在研究、借鑒國(guó)外智能服裝產(chǎn)品的同時(shí)，發(fā)展與突破相關(guān)的核心技術(shù)，發(fā)揮各學(xué)科的優(yōu)勢(shì)資源，加強(qiáng)中國(guó)的自主研發(fā)，才是提高中國(guó)在智能服裝領(lǐng)域內(nèi)研發(fā)力與競(jìng)爭(zhēng)力的根本。

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Current situation and development trend of intelligent garment

SHEN Lei, LI Yi, XUE Zhebin

(Key Laboratory of Eco-Textiles, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

In this paper, through reviewing the research results and application of intelligent garment at home and abroad in recent years, the main features and system requirements of intelligent garment were analyzed, and the key technology and product classification of intelligent garment were summarized; the application of intelligent fiber and intelligent elements were analyzed, and the part, way, and principle of combining intelligent elements with clothing were put forward; the problems of intelligent garment design in the aspects of intelligent material, intelligent element and fashion style design were pointed out; the development direction of intelligent garment in future was proposed, namely laying more emphasis on humanization of product while stressing technicalization and functionalization to truly “people-orientation”.

intelligent garment; intelligent fiber; sensing technology; interactive technology; humanization

10.3969/j.issn.1001-7003.2017.07.007

2016-08-04;

2017-05-31

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目(61503154)；江蘇省產(chǎn)學(xué)研前瞻性聯(lián)合研究項(xiàng)目(SBY201320235)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PADA)；常州市智能化安全服裝工程技術(shù)研究中心項(xiàng)目(CM20159009)

沈雷(1963-)，男，教授，主要從事針織服裝品牌的研究。

TS941.73

A

1001-7003(2017)07-0038-08 引用頁碼: 071107