李立立，孫僮

（齊齊哈爾大學(xué) 美術(shù)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾 161003）

0 引言

智能可穿戴技術(shù)是一種結(jié)合了電子傳感器、計(jì)算能力和通信功能的智能化技術(shù)，將其嵌入到人們的衣物服裝、配飾或其他可穿戴物品中，可為穿戴者其提供數(shù)字化信息和服務(wù)，通過(guò)人機(jī)交互與反饋可以有效提高消費(fèi)者的體驗(yàn)感和使用質(zhì)量，亦成為了當(dāng)下服裝智能化設(shè)計(jì)的重要手段?，F(xiàn)階段，智能可穿戴技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于服裝領(lǐng)域之中。截至2022年11月，根據(jù)中國(guó)專利技術(shù)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，我國(guó)在智能可穿戴技術(shù)方面的專利已申請(qǐng)授權(quán)24 092項(xiàng)[1]，是全球擁有可穿戴技術(shù)專利最多的國(guó)家。隨著智能穿戴設(shè)備市場(chǎng)的高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)智能服裝行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模也將進(jìn)一步的擴(kuò)大，智能可穿戴技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用也將更為深度化與普及化。為此，本文集中探討智能可穿戴技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用內(nèi)容。

1 智能可穿戴技術(shù)概述

1.1 技術(shù)原理

智能可穿戴技術(shù)近年來(lái)一直是電子織物、服裝行業(yè)和時(shí)尚設(shè)計(jì)研究領(lǐng)域的熱門話題，其技術(shù)原理是通過(guò)多媒體、傳感器和無(wú)線通信等技術(shù)嵌入在服裝之中，即通過(guò)穿戴設(shè)備支持身體觸碰（操作）等多種交互方式，可以有效追蹤和監(jiān)測(cè)用戶的身體數(shù)據(jù)、活動(dòng)量和環(huán)境信息[2]，并通過(guò)與物聯(lián)網(wǎng)之間的連接，將穿戴者生物數(shù)據(jù)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)云端裝置中進(jìn)行分析和處理，使其能夠與穿戴者提供個(gè)性化的服務(wù)和功能，具體過(guò)程如圖1所示。

圖1 服裝中的智能可穿戴技術(shù)原理Fig.1 Principle ofintelligent wearable technology in clothing

1.2 應(yīng)用特點(diǎn)

智能可穿戴技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中通常配備了多種傳感器，例如加速度計(jì)、陀螺儀、心率傳感器等，并通過(guò)內(nèi)置的處理器和機(jī)器算法，能夠?qū)κ占降母黝悢?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，從而為穿戴者提供個(gè)性化的健康監(jiān)測(cè)及身體數(shù)據(jù)顯示，實(shí)現(xiàn)服裝體感分析等功能，具有智能化、精準(zhǔn)化、實(shí)時(shí)化特點(diǎn)。同時(shí)，智能可穿戴技術(shù)還可通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別、藍(lán)牙、Wi-Fi等無(wú)線通信技術(shù)對(duì)其進(jìn)行控制和操作，以強(qiáng)化穿戴者的交互性體驗(yàn)為根本，在此過(guò)程中穿戴者通過(guò)與智能手機(jī)、電腦等設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和互聯(lián)互通。因此，智能可穿戴技術(shù)還體現(xiàn)在智能化、數(shù)據(jù)化及互動(dòng)性等特點(diǎn)。

2 智能可穿戴技術(shù)在服裝中的應(yīng)用

2.1 保健服裝

保健服裝通?？蓪?duì)人體提供額外的健康保護(hù)功能，以改善使用者的健康狀況為目的。近三年來(lái)，隨著全球疫情大流行蔓延，健康監(jiān)測(cè)和日常保健成為了大眾的普遍需求，許多中老年、專業(yè)運(yùn)動(dòng)員等消費(fèi)群體對(duì)于保健服裝十分青睞。促使許多廠商開(kāi)始嘗試將智能可穿戴技術(shù)融入在保健服裝設(shè)計(jì)中，通過(guò)融合柔性電子技術(shù)、特殊材料及內(nèi)置傳感器等進(jìn)行開(kāi)發(fā)，例如壓縮服裝、紅外線服裝、磁療服裝、按摩服裝等。

以Aira Wear推出的可穿戴式按摩服夾克為例，夾克背部?jī)?nèi)置了跟蹤傳感器（用以對(duì)穿戴者姿勢(shì)的跟蹤，并進(jìn)行自動(dòng)膨脹）、體態(tài)評(píng)估系統(tǒng)、充氣泵及6個(gè)可充氣按摩模組，可為疼痛肌肉部位進(jìn)行按摩，其設(shè)計(jì)的初衷是為了防治因長(zhǎng)時(shí)間久坐或者錯(cuò)誤坐姿而導(dǎo)致的背部疾病。同時(shí)，該款?yuàn)A克在材質(zhì)上選擇了棉、滌綸面料，內(nèi)置充氣泵則采用熱塑性塑料制作而成，僅有700g重，評(píng)估系統(tǒng)通過(guò)Biodata Feedback應(yīng)用實(shí)時(shí)將體態(tài)數(shù)據(jù)反饋到穿戴者移動(dòng)設(shè)備之中，穿戴者可隨意調(diào)節(jié)按摩力度和方式，具有輕量化、舒適性、智能化特點(diǎn)。

2.2 醫(yī)用服裝

醫(yī)用服裝是醫(yī)務(wù)人員在醫(yī)療環(huán)境中穿著的專業(yè)服裝，旨在為醫(yī)務(wù)人員和患者提供日常防護(hù)和衛(wèi)生保護(hù)?，F(xiàn)階段，智能可穿戴技術(shù)在醫(yī)療服裝領(lǐng)域已經(jīng)有了許多成功的經(jīng)驗(yàn)和案例，如具備ECG功能的醫(yī)用監(jiān)護(hù)服、帶有血氧傳感器功能的醫(yī)用服裝等[4]，為醫(yī)療服務(wù)帶來(lái)了極大的便利。同時(shí)，由于醫(yī)用服裝市場(chǎng)潛力巨大，國(guó)內(nèi)許多高?？蒲性核查_(kāi)始嘗試將智能可穿戴技術(shù)融入在醫(yī)院服裝設(shè)計(jì)之中，試圖對(duì)醫(yī)用服裝的功能、材料、衛(wèi)生要求及特殊用途進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

以云南大學(xué)開(kāi)發(fā)的黑白仿生醫(yī)用治療可穿戴式織物為例，將炭黑納米顆粒具有雙溫調(diào)控功能的聚丙烯腈仿生材料制作成納米服裝織物，患者穿在身上可以夏天涼爽冬日暖和，通過(guò)摩擦納米發(fā)電實(shí)現(xiàn)自供電。其開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)初衷是受企鵝黑白皮毛微觀機(jī)制的啟發(fā)，并融合了納米材料結(jié)構(gòu)及光學(xué)特性的調(diào)控，服裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)中內(nèi)置了戶外人體溫度調(diào)控器、密碼信息傳輸系統(tǒng)及自供能傳感器等，有效解決了傳統(tǒng)可穿戴醫(yī)用服功能單一以及靈敏度低等問(wèn)題。

2.3 運(yùn)動(dòng)服裝

運(yùn)動(dòng)服裝一直是智能可穿戴技術(shù)深耕融合的領(lǐng)域之一，傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)服通常采用透氣、吸濕排汗的材質(zhì)，如聚酯纖維、棉質(zhì)混紡、納米顆粒涂層等，以保持穿戴者的身體干爽和舒適。隨著現(xiàn)階段大眾運(yùn)動(dòng)意識(shí)增強(qiáng)以及對(duì)運(yùn)動(dòng)服性能需求的多樣化，對(duì)于具有精致、微型化特點(diǎn)的可穿戴式運(yùn)動(dòng)服購(gòu)買欲望逐漸提升。例如OMORPHO開(kāi)發(fā)的負(fù)重背心G-Vest+（可穿戴式數(shù)字健身服）、Sensoria研發(fā)的智能運(yùn)動(dòng)襪（襪內(nèi)配置智能腳環(huán)）、Hexoskin Smar可穿戴式緊身運(yùn)動(dòng)衣（可監(jiān)測(cè)人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)）等產(chǎn)品，普遍具有緊身性強(qiáng)、回彈性高、物理性能強(qiáng)的特點(diǎn)，且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上符合人機(jī)習(xí)慣，人體壓力緩沖性能良好，在運(yùn)動(dòng)服的款式設(shè)計(jì)上也具有時(shí)尚、大氣的造型特點(diǎn)。

以圖2由Wearable X開(kāi)發(fā)的瑜伽運(yùn)動(dòng)褲Nadi X為例，該款瑜伽褲可以識(shí)別使用者的各種瑜伽姿勢(shì)，褲內(nèi)通過(guò)在腳踝、膝蓋和臀部裝有振動(dòng)電機(jī)、加速度計(jì)時(shí)器和觸覺(jué)反饋裝置，通過(guò)柔和的震動(dòng)為使用者提供實(shí)時(shí)瑜伽運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反饋，以防止在瑜伽過(guò)程中出現(xiàn)肌肉疼痛或抽筋。褲子外觀色彩設(shè)計(jì)上以黑白流線式呈現(xiàn)，整體款式造型呈現(xiàn)出時(shí)尚、簡(jiǎn)約和科技感。

圖2 可穿戴式瑜伽運(yùn)動(dòng)褲NadiXFig.2 Wearable Yoga pants NadiX

2.4 安全服裝

安全服是一種專門設(shè)計(jì)用于提供保護(hù)和安全功能的服裝，被廣泛應(yīng)用于各種特殊工作場(chǎng)所和危險(xiǎn)環(huán)境之中，例如防火服、防化服、防刺穿服、防滑服、防靜電服等，以保護(hù)工作者免受潛在的危險(xiǎn)和身體傷害為設(shè)計(jì)初衷[5]。智能可穿戴技術(shù)的融合，極大的豐富了安全服裝的科技性能和應(yīng)用范疇，許多紡織科學(xué)研究機(jī)構(gòu)通過(guò)對(duì)柔性電子技術(shù)、磁性織物、導(dǎo)電發(fā)熱纖維等服裝進(jìn)行綜合研發(fā)，開(kāi)發(fā)了具有強(qiáng)大安全功能的服裝產(chǎn)品。

以O(shè)hmatex公司研發(fā)的智能可穿戴式消防服為例，通過(guò)將溫度感應(yīng)器設(shè)計(jì)在消防服內(nèi)，可為消防員在過(guò)熱的環(huán)境中活動(dòng)中進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警。其設(shè)計(jì)初衷是考慮到熱壓會(huì)使消防員因脫水和溫度刺激受傷，因此這款衣服通過(guò)溫控傳感器來(lái)檢測(cè)消防服外部、皮膚的溫度來(lái)推測(cè)其撤離的合理時(shí)間，目前已經(jīng)在美國(guó)消防員院校中被大規(guī)模采用。

2.5 發(fā)光服裝

發(fā)光服裝通常是指利用聚合物電致發(fā)光材料（一種可穿戴式的前沿材料）制作的紡織服裝，在穿戴者的控制下可進(jìn)行變化和轉(zhuǎn)換，具有可變形狀、顏色等特征，被廣泛應(yīng)用于商業(yè)演出、智能服裝、戶外探險(xiǎn)、醫(yī)療等領(lǐng)域。例如瑞士Sefar公司研發(fā)的自動(dòng)變色演出服（由發(fā)光導(dǎo)電聚合物材料制作而成）、國(guó)內(nèi)瑞光科技研發(fā)的光療服（利用光線輻射治療皮損）、日本東麗公司研發(fā)的熱敏變色織物Sway（一種特殊微膠囊材料，根據(jù)環(huán)境變化自動(dòng)變色），這些服裝通過(guò)發(fā)光材料的融合與開(kāi)發(fā)，為受眾群體提供了獨(dú)特的視覺(jué)效果、多樣的服飾功能需求及個(gè)性化的穿著體驗(yàn)。

目前，在商業(yè)化領(lǐng)域所應(yīng)用的發(fā)光服裝設(shè)計(jì)中，所采用的發(fā)光織物主要是有發(fā)光聚合物二極管、導(dǎo)電聚合物二極管、聚合物纖維、薄膜二極管紗線等，將LED燈嵌入在紡織紗線之中，可制作單色和彩色燈源，并通過(guò)編程語(yǔ)言對(duì)其進(jìn)行精準(zhǔn)控制，織物的發(fā)光效果具有響應(yīng)速度快、效率高且視覺(jué)感強(qiáng)的特點(diǎn)，亦極大的豐富了服裝的形態(tài)和使用功能。

3 智能可穿戴服裝面臨的挑戰(zhàn)

3.1 日常使用層面

盡管當(dāng)前智能可穿戴式服裝的開(kāi)發(fā)熱度極高，但受制于研發(fā)材料的特殊性，絕大多數(shù)可穿戴式服裝面料普遍存在洗滌性能力較弱的現(xiàn)狀，智能服裝一旦洗滌可能會(huì)導(dǎo)致其故障，且內(nèi)置的各類傳感器及電子元件，也無(wú)疑增加了服裝的的重量、厚度或剛度[6]，影響了消費(fèi)者在日常使用中的舒適性和便捷性。同時(shí)，可穿戴式服裝的生產(chǎn)往往是一門復(fù)雜的制造工程，對(duì)生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)環(huán)境要求極高，傳統(tǒng)的服裝制造方式如針織、梭織、縫制等難以滿足智能電子紡織品的批量化織造。

3.2 數(shù)據(jù)收集層面

智能可穿戴式服裝通常內(nèi)置各類生理傳感器、GPS定位以及攝像頭等，會(huì)涉及對(duì)穿戴者使用數(shù)據(jù)的收集和處理，其中包含了大量的個(gè)人身份信息、用戶健康信息、GPS地理位置等。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)信息一旦被泄露、被竊取，可能會(huì)被非法網(wǎng)絡(luò)入侵，由于當(dāng)前可穿戴式服裝的數(shù)據(jù)關(guān)了標(biāo)準(zhǔn)并未建立，一旦智能服裝內(nèi)置系統(tǒng)防火墻被黑客攻破，容易給用戶帶來(lái)直接的風(fēng)險(xiǎn)損失，用戶的個(gè)人隱私保護(hù)也將會(huì)面臨著極大的挑戰(zhàn)。

3.3 能源供應(yīng)層面

智能可穿戴式技術(shù)依托于物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，而物聯(lián)網(wǎng)所做的一切都需要穩(wěn)定的電源支持。與其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備相同的問(wèn)題，智能可穿戴式服裝如何在保持高性能的同時(shí)盡可能高效地消耗盡可能少的能源，是當(dāng)前智能服裝研發(fā)中的難題之一。

目前，絕大多數(shù)可穿戴式服裝電池采用嵌入式，其電池壽命和耐用性存在較大的問(wèn)題。一旦電池壽命縮短，容易產(chǎn)生DOD效應(yīng)、溫度效應(yīng)等，導(dǎo)致智能服裝的功能壽命也會(huì)縮短變成普通服裝。盡管當(dāng)前許多廠商和專家建議使用低功耗微控制器單元或研發(fā)太陽(yáng)能充電模式或設(shè)計(jì)睡眠系統(tǒng)來(lái)節(jié)省能源，但由于可穿戴式服裝的開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)難度大，一旦改進(jìn)供給能源方式，織物的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能力將面臨著極大的調(diào)整，增加設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的復(fù)雜性提升也必然會(huì)導(dǎo)致服裝產(chǎn)品的生產(chǎn)成本過(guò)高，促使許多普通水平消費(fèi)者可能無(wú)緣接觸可穿戴式服裝。

4 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代技術(shù)的逐漸成熟，促使消費(fèi)者越來(lái)越追求更時(shí)尚、便捷、智能和人性化的服裝產(chǎn)品。智能可穿戴技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中具有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)和開(kāi)發(fā)潛能，可為消費(fèi)者提供更為個(gè)性化、便捷及數(shù)字化的服裝體驗(yàn)，同時(shí)亦能滿足不同群體、行業(yè)對(duì)不同多樣化服裝功能的實(shí)際需求。盡管目前智能可穿戴技術(shù)已逐步成熟，但在服裝設(shè)計(jì)中的融合與擴(kuò)展中也存在一些令人生畏的弊端和開(kāi)發(fā)挑戰(zhàn)，亟待予設(shè)計(jì)師考慮和解決。相信在未來(lái)隨著技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新，這些問(wèn)題將逐漸得到進(jìn)一步改善。