服装的未来——智能服装遇见健康医疗

行业动态 加入时间:2020/5/11 9:14:39 访问量:

服装的未来——智能服装遇见健康医疗

                                                                                          苏州大学能源学院 刘福祥

[摘要]本文主要讲述了智能服装的出现的原由,及其何时出现。并阐述了智能服装在当今社会发展 的背景。根据不同人群和对象,重点阐述了智能服装在于健康领域的应用。而后简述了智能 服装现如今发展存在的问题以及发展方向,希望通过此篇对于智能服装的阐述,引起人们对 于智能服装的关注以及让社会投入更多资源去研究。

 [关键词]:智能服装、健康、传感器、柔性

一、 服装的起源与历史

中国——素有“衣冠王国”的美誉,中国的服饰从汉朝张謇出使西域,走出 的丝绸之路便开始逐渐闻名世界。服装既是民族文化的一部分,又是代表着历史 的变迁和朝代的更迭。古人云“衣食住行”,衣为上。在中国人眼中,穿衣是一 件大事,从大的方面来讲,穿衣可以是一个国家政治与形象的象征,而对于个人, 穿衣更是地位与权力的象征。

中国服装历史悠久,可追溯到远古时期。在北京周口店猿人洞穴曾发掘出约 1.8 万年前的骨针。浙江余姚河姆渡新石器时代遗址中,也有管状骨针等物出土。 可以推断这些骨针是当时缝制衣服所用的。炎黄祖先最早穿的衣服是用兽皮和树 叶缝制而成的。而后,每个朝代都有其不同特点的服装,这些都与当时的农、牧 业及纺织水平密切相关。从古朴实际的秦代服装,到魏晋南北朝服饰的娟秀,隋朝 的简朴,唐朝的丰美华丽,宋装的高雅,元装充斥着异域风情,到明代服饰的富丽 堂皇,清代服装的雍容华贵,民国时期的平民化、国际化的服装,五四之后中山 装的兴起,融入各国特色的东方服饰,以及如今这个丰富多变的时代,各类服饰 交融,形成无数时尚服装。 服饰不断在发展,其发展都与各个时期的发展水平相适应。所用的材料,样 式都脱离不了时代的科技发展,。而如今我们这个时代,服装的发展创新,除了 艺术创新,样式创新,其他层面已经进入了平稳状态,传统纺织产业若想获得更 大的发展,则需另辟道路。当今时代发展的关键词——物联网、人工智能、大数 据、云计算、环保、绿色,服装若想向前发展,则应当需要同这些结合。自此诞 生了智能服装这一领域,虽然尚处于刚起步阶段,但拥有着巨大的市场空间。尤 其当今时代的人们对于健康尤其关注,大到环境污染,食品安全,空气污染等, 小到感冒、摔跤、肌肉拉伤等无一不在威胁着人类的健康,若服装能够防止这些 威胁健康的因素,智能服装将会在市场中拓开一个广阔的空间。

二、 智能服装的背景及发展

 2.1 智能服装的雏形 具有多学科交叉特点的智能服装是服装与信息技术结合的结果,多采用柔性 材料(光导纤维、导电纤维等)制成面料,装载有各类传感器,可以感知内部与 外部信息的变化。在智能服装未进入市场之前多用于军事、航天等尖端领域,但 随着服装产业的飞速发展,智能服装正逐渐进入平常百姓家。 智能服装的出现已经有了二十多年的历史,自 20 世纪 90 年代 MIT (Massachusetts Institute of Technology,麻省理工学院)媒体实验室的可 穿戴多媒体计算机问世以来,国内外的学者开始逐渐关注可穿戴技术与智能服装 的研究。随着生活水平的提高,人们对于服装的要求不再仅限于舒适性与时尚性, 而是期望通过服装更多的实现个人健康监测,护理,保护,预防。

2.2 智能服装进入市场的背景 从上个世纪 90 年代,超大规模集成电路得到迅猛发展,晶体管的体积越来 越小,社会的计算机处理器朝着高集成、超微型方向发展,计算机也从桌面走进 了人们的背包中,电子产品的移动性与穿戴性趋势明显。这也符合人类工具发展 的趋势,即从笨重到便携,从粗狂到精致,从固定到移动,从分散到集中。 【2】在 这基础上,电子业与计算机产业的快速发展,兴起一种新潮流——设计出将计算 机与服装融为一体的高科技服装。在现当代,人工智能又为一大关键,将人工智 能同服装结合产生智能服装。

同时,物联网的发展,万物互联使得智能服装变得更易同人们的日常生活联 系起来。例如,在健康领域,智能服装需要感知人体的温度,心跳等体征,或者 外部的气温,湿度等,将这些传输到移动设备上,便于分析诊断。

时代在步入二十一世纪之后,世界上的信息呈爆炸式的增长,互联网的普及 让每个用户要处理的信息量和古人一个月处理的信息量相等,从而造成人们对于 信息的获取、处理和传送的速率与频率要求越来越高。

如今的人们越来越离不开 移动设备(无论是手机,还是平板电脑等),越来越离不开机器。这使得穿戴式 计算机或者智能服装成为必然。 如今传统的纺织产业已经进入饱和状态,从生产,包装到售卖的产业链已经 十分完备,服装产业若想脱离“夕阳产业”,则需另辟蹊径,开拓出一片新的广 阔的空间,智能服装则是一个有广阔前景的良机。

2.3 智能服装的发展

 从智能服装的出现到如今,只有二三十年,还处于萌芽阶段,不过国内外已 经有数十家大型企业着手研究可穿戴产品,带动的了智能服装的大热,越来越受 到消费者的追捧。例如,三星公司发布了其监测生物识别数据的 Body Compass 健身衬衫,以及与 Bean Pole Golf 合作的高尔夫衬衫,这些服饰能够监测天气 并进行紫外线评级。三星还与 Rogatis 合作,推出了 NFC 智能套装,可让佩戴者 解锁手机,以数字方式交换名片等等;耐克很早就推出了 Nike+系列智能装备, 阿迪达斯的 miCoach 也运用到了专业足球训练中。

 以上这些都同运动健康相关,可见现如今社会对于健康的关注程度。所以智能 服装的出现与发展也与消费者们对于健康与运动意识增强息息相关,而关注健康、 医疗,是智能服装最重要的研发方向和功能设定。因此,现如今越来越多的企业 公司研发针对人体健康监测,防护等方向的服装。将智能服装同运动健康结合为 当下一大关键。

三、 健康领域智能服装应用人群及其产品

健康领域智能服装针对的对象是根据各类人群所需要的功能与防护所分类 的。分为了普通成年人、老人、女性、婴幼儿、特殊职业者等。根据人群分类列 举各类产品及其特点。

3.1 普通成年人 健康的早期监测尤为重要,但由于人数过多,医疗服务需要大量的时间和空 间。若在此条件下未及时治疗,将会给患者带来痛苦甚至死亡。同时,医疗器件 及设备的维护和购买,为医院和病人带来沉重负担。若使用智能服装,进行远程 监测,将会给临床提供有效和及时的数据。列举四个健康方面的指标,作为解释 并举例。1) 心率监测

心率关系着血压以及身体的各项参数,因此心率的检测是人体健康监测中重 要的一项。日本运营商 NTT Do Co Mo 和化工公司东丽株式会社合作开发的 hiteo 智能服装(T 恤),其衣服面料是在纳米导电纤维表面涂上树脂,可以测量用户 的心率。

2) 体温监测

人体的体温是人身体状况的外在重要表征之一,表示人体是否出现异常。因 此各种温度报警,实时体温监测的智能服装显得尤为重要。举例:Mimo 将光纤 光栅传感器集成在服装当中,可以实现体温和心率的实时测量,处理,储存和输 出,为医务人员提供了连续的体温测量,便于诊断。

3) 血压监测

血压表示人体体循环的动脉血压,是诊断疾病、观察病情变化与判断治疗效 果的一项重要内容。举例:生物医学工程联合研究中心开发的 Health-Shirt 可 以 24 小时不间断监测人体血压,观测人体的健康状况。

4) 呼吸检测

呼吸频率同健康状况、运动状况以及心理状况密切相关,设计一款可以实时 监测呼吸频率的智能服装,对于各类人群都有着益处。举例:Taccini 提出的 Wealthy 系统将导电纱线集成在针织服装中,用作传感器和电极原件,可以记录 生理信号,监测呼吸状况并提供反馈。

3.2 老人

我国官方机构公布的数据显示(2018 年年末人口统计),我国的 60 岁以上 老人的数量已经接近 2.5 亿,在未来将不断增多,老年人对于服装的消费市场需 求也将越来越大。从身体机能来看,随着年龄增长,老人们的身体机能逐渐退化, 传统的医学监测不再事宜,智能服装则更符合老人群体的需求。智能服装可以随 时监测老人们的各项身体指标,而后根据数据对老年人进行针对性的护理和治疗。 设计出满足老年用户需求的智能服装已经成为社会发展的必然。

1 我国 2018 年末老年人口统计数据

我国 2018 年末老年人口统计数据(亿) 总人口数(亿) 60 岁以上人数 老年人口占比 老年人口增长人数 增长率 13.95 2.49 17.90% 0.09% 0.60%

注:来自国家统计局 2019 年年末所公布的数据

举例:老人防摔倒智能服装

1)从摔倒监测和摔倒保护两个方面对智能服装进行了设计 摔倒监测分为三部:对于摔倒过程的分析、摔倒姿势的分析、监测的方法。 摔倒过程同摔倒姿势密切相关,不同的摔倒过程导致不同的摔倒姿势,总结老人 的摔倒姿势一共有四种:左侧倾倒,右侧倾倒,仰倒,俯倒。 监测方式有多种,环境监测、视频监测、智能服装监测。

  2 3 种监测摔倒的方法【6】 类别 方法 特点 环境监测 在环境中安装传感器,收 集与人体姿势相关的信 息,识别信号与人体姿 势。 成本高,对于设备的精 度,环境要求较高 视频监测 安装监控,识别不同人的 摔倒姿势变化。 智能服装监测 通过服装内部传感器的 对人体姿势与动作进行 识别 成本低,不受时间空间的 限制

2)摔倒保护主要是对于老人摔倒时,缓解对于老人的冲击力,起到保护作用。 因此主要根据材料的不同来进行分类:安全气囊、海绵材料、D30 凝胶材料、缓 冲气囊等。

3.3 女性

目前研发的相对成熟的智能服装除了特殊用途外,大多都面向老人与小孩, 针对女性研究的智能服装较少。建国之后,社会对于女性的关注度逐渐提高,女 性的主要需求方面在于人身安全、心理压力、生理健康等。 举例:基于女性安全的智能服装

针对青年至中年女性频繁失联的人身安全问题,如今还未有较为实用,适用 性广的防身产品。根据现状,设计了一款基于女性安全的智能服装设计模式。为 未来设计女性智能服装作基础。以下从四个模块进行了模式设计。

  1 女性智能服装的设计模式

1) 通过明确、分析女性的年龄,生理,心理健康等多方面,选取合适的方 功能 原件 对象 分析 信息 交互 测评 更新 法对人群进行调查,而后收集、分析数据。

2) 根据数据分析,设计各种功能模块。功能原件模块是整个智能服装的实 现部分。由女性的需求以及使用的场景,选择合适的功能元件,同时要 考虑到时尚性与舒适性。

3) 信息交互是功能元件与分析端(手机、电脑等)的交互,智能服装从女 性实际生活中收集数据,交由分析端分析,并将数据保存到终端数据库。 实现数据的保存与共享。

4) 根据信息交互的数据,进行测评与更新。实际请款以及数据会随着时间 的变化而变化, 因此需要根据数据来对功能模块进行实时的更新与调 整。 根据此设计出一款女士智能报警礼服:主要部分包括礼服、APP、具有 NFC 功能的手机、NFC 芯片。NFC 芯片(近距离无线通讯)为功能模块,与终端 的 APP 结合。如遇见紧急情况,则把用手机触碰 NFC 芯片,而后将地理位置 信息通过手机发送到提前设置好的三个紧急联系人手机上。

    3.3 婴幼儿、儿童 婴幼儿与儿童抵抗力差、身体机理发育不完全、缺乏自我保护意识等 对于婴幼儿的智能服装主要功能同普通成年人类似,监测心率,体温等各项参数,。 例如,Mimo 婴儿连体衣可以实时监测婴儿的心率与体温,并将数据传送到父母 的手机上,实现对于婴儿健康的实时监控。

四、 智能服装存在的问题

 1. 价格昂贵,性价比低 如今市场上的智能服装,价格昂贵,具有一定的功能,但还无法满足消费者 的需求,不能保证舒适性和内外环境差,不能满足洗涤性等问题。同时过高的价 格使得中低收入者对于智能服装的消费需求较低,接受度较低。 材料安全性有待提高

由于只能服装所用的多为新型材料,且由于智能服装的功能性,材料多较为 隐蔽,容易引起生理和心理方面的安全隐患,例如电子智能服装存在着漏电与辐 射问题,保暖加热服存在高温灼烧人体的问题。因此,智能服装的开发,应具有 科技含量与实用性的同时,不能忽略其安全性的检测研究。

2. 消费者了解较少

智能服装原先多用于航空航天,军事等尖端领域,而不涉及民用商用,导致 智能服装刚发展之初,人们对于其了解过少。并且,智能服装还未形成产业链, 不够成熟,对于设备的研发,未以人为本,太过侧重数据研究,使得智能服装对 于民众的吸引力不够。

3. 智能服装时尚度不够 

随着材料科学,电子技术的发展,越来越多的新兴材料将被用到智能服装当 中,带来多样化功能以及十足的科技感,但这也意味着对于时尚设计的缺失,最 终导致科学技术与服装设计的失衡。

五、智能服装的发展趋势

组成服装的三要素为面料、色彩、款式,这在智能服装之中也是通用的,智 能服装的发展也同样可以从这三个方面去进行各自的探索。但不限于此,从现如 今的水平来看,面料为首要的因素,面料又包含着各种方面(材料,传感器,电 池等)而款式和色彩则为其次,且款式色彩都可包含于时尚当中

5.1 面料

5.1.1 柔性材料——智能纤维

将普通纤维与智能纤维(如光导纤维,导电纤维等)结合,形成具有监测感 知信息(如温度、光、PH 值,心跳等),调节功能(如调节温度、调节颜色等)、 传递信息。各国公司正在将智能纤维应用到智能服装当中去,例如意大利 CorpoNove 公司将形状记忆纤维加入衬衫面料中,研制出了“懒汉衬衫”,此衬 衫可以感知温度变化,并随温度变化来调节袖子长短。日本的美津浓和东洋纺公 司用蓄热调温纤维开发出了 Breath-thermo 织物,该织物被广泛用在体操服、登 山服、滑雪服中。

将智能纤维应用在智能服装上,能提升衣服的功能性、安全性,但就目前来 讲,智能纤维的技术开发依旧有限,依旧是智能服装研究的一个重点。

5.1.2 柔性传感器

传感技术是智能服装实现智能化的关键,起着连接人与机的桥梁作用,同时 也是同物联网相连的桥梁。传感技术能够监测温度,心率血压,血糖等生理数据, 也能感知湿度、压力以及位置等外界信息的变化,还能够实现触控,手势、语音 等体感交互。为了适应智能服装,还发展除了柔性传感器。他们可以随意弯曲, 并且便于穿戴。随着物联网的发展,各种柔性传感器的检测类智能服装将会迅速 发展,扩大市场。

5.1.3 电池

只要是电子设备,则离不开电源,有电的需求。电池,若使用不当在某种程 度上会对人体或多或少的造成一些永久性的损伤,并且不稳定的环境也会使电池 内部结构混乱,导致意外发生。

 所以对于智能服装电池的研究也为一大难题,需要做到柔性、轻便、稳定。 现如今的对于电池的研究主要在于电池的能量来源,材料,适用性。如今已有可 以依靠人体产生的物质来提供电能,美国加州大学的研究者已经可以利用人体的 汗液来为身体贴片提供能源;以及用身体热量驱动的“智能服装”,美国马萨诸 塞大学材料化学家 Trisha Andrew 和她的博士生 Linden Allison 的一项最新研 究表明,她们已经研究出一种新型面料,可以采集人体热量,为智能可穿戴设备 提供电能。

5.2 时尚 时尚,从社会心理学角度讲,指的是社会活动中火大众内部产生的一种非常 规的行为模式的现象。个性鲜明的产品往往只有一小部分的人会接受,这些产品 对于广大的消费者来说有着某种超前性。能否将智能服装推广到市场当中,并扩 大市场,就要看产品本身所具有的潜在品质能否让大多数用户接受并喜爱。因此 智能服装应当在面料与所用材料发展较为稳定后,当着重设计出适应大众的产品。 适应大众的同时 可以发展出中国的时尚特色,将汉服等服饰元素融入服装,与 当今时代潮流界和,形成新型时尚。

 六、 结语

华夏子孙从曾经的原始兽皮树叶裙,走到了历史的青苔路上,身着汉服,手 执折扇,一路潇洒,一路远去。从汉服一路演变至今,如今的服装已渐渐褪去了 曾经的古典优雅,取而代之的是科技与创新感。无数的科技创新——传感器、能 源电池、柔性材料……在这些技术的创新之下,智能服装将慢慢的进入大众视野, 进入大众的衣柜,朝着多功能化,低成本化,健康化,时尚与技术相结合,绿色 环保等方向不断进步,不断发展。

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