智能纺织及产品设计之探索

方陵生/编译

智能纺织及产品设计之探索

方陵生/编译

过去十年里，智能纺织品领域异军突起，许多新产品实现了从实验样品到商业化应用的转换。然而，纺织产品设计领域相对较弱，虽然也有一些值得引起关注的例外，但大多数设计应用仍处于原型阶段。为什么会这样？智能纺织品的崛起能为产品设计领域提供些什么？文章就智能纺织品的发展和应用展开了讨论，并引用了其他领域的一些例子，如艺术、建筑、工程、生物医学和材料科学等领域。同时探索了智能纺织品应用于工业和产品设计的未来。

工业革命诞生于纺织工业的兴起，从小作坊生产方式发展到工业时代的大规模机械化生产模式。在这个过程中，纺织工业的发展速度超过了其他产业，奠定了未来工业的发展轨迹，并因此从根本上导致了社会结构的改变。纺织品包括的不仅仅只有布匹、服装和家居用品，今天的纺织品正在从根本上影响和改变着其他的行业，从电子到建筑到医学领域。随着智能材料——即能够感知、反应或适应环境或其他刺激的材料——的发展，智能纺织品将在广泛的范围内改变一系列产业，并对社会结构产生重要影响，有可能改变我们生活的许多方面。

智能纺织品与纺织品的智能应用

过去十年时间里，智能纺织品领域异军突起。2000年，飞利浦在其开发的项目和关于“可穿戴电子产品”的书中，探索了智能纺织品的理念。“艾伦·勒普顿的皮肤”（Ellen Lupton’s Skin）于2002年展示了其一些有趣的成果；2004至2007年英国建立了“智能纺织品网络”研究智库，作为学术界和产业界连接的桥梁。与此同时，许多大学，特别是欧洲和美国的大学，以及飞利浦等公司都有了致力于开发智能纺织品的研究项目。

目前，将电子产品融入到服装中，在市场上已经出现了不少的例子。例如，英国的ElekTexR极轻导电纺织品，柔软而具有弹性，且高度耐用。这种纺织品是可洗的，适用于-40℃至+70℃的温度范围，可用于生产多种功能的服装产品，从英国零售商玛莎百货的男士西装，到适用于自行车骑手的短裤，到奥尼尔的滑雪衫，许多时装公司都将ElekTexR的触摸屏技术——用于iPod的织物控制器设计——用于他们的服装系列中。

纺织品的魔力已不仅仅局限于服装本身，纺织品也一直是艺术家、建筑师和工程师所关注的对象，是一个为他们提供灵感、挑战和新的探索的领域。如艺术家安尼什·卡普尔（Anish Kapoor）与Ove Arup and Partners工程公司合作，将纺织品用于他的雕塑作品中，这类作品丰富了我们对三维几何的理解。许多建筑师也没有错失这样的机会，他们中许多人，借助先进的计算软件和新颖的纺织材料，探索只有纺织材料才能体现的独特效果。2006年出版的《建筑织物》（Architextiles）一书，专门陈述了这一主题。

纺织材料还广泛为建筑行业所采用。例如，用于土木工程的土工织物，可防止水土流失，稳定加固基础，如TyvecR这样的透气纺织材料也用在了许多建设项目中。交通运输行业在很大程度上也要依赖于纺织材料，无论是工程设计还是内部装饰。飞机和船只的构造结构也要用到许多纺织复合材料。随着汽车行业轻量化和节能性的日趋重要，越来越多的结构组件和镶板都以纺织复合材料代替了以前所使用的金属材料。纺织品在车辆内部装饰中一直占有重要地位，用于车辆内部装饰的大量新纺织材料也在不断地研究和测试之中，例如有助于驾驶员除汗的织物、耐污耐脏的织物、可调节温度的织物，可为司机们提供最大程度的舒适，在这些行业中纺织品的重要地位得到了普遍的认同。

最近，宝马的“外形与功能N种组合”（GINA）概念车是对变形织物用于车辆外部设计的一种探索，是一个鼓舞人心的设计，也代表了未来的一种发展趋势，这可能是纺织品的一种智能应用，它本身用的却并不是智能纺织品。但是，智能纺织品可以根据车速自动对车辆外壳和内部进行变形，通过编织或针织的感压压电纤维矩阵，在空气压力（车辆速度产生的压力）下产生电能，通过形状记忆合金纤维改变织物形态，除了可穿过织物传输数据的光纤外，还有高强度的碳纤维、碳纳米管和芳纶织物。因此，这种智能化车辆皮肤所用材料不仅重量轻，还是能自动响应车辆行驶状态的智能纺织材料。

扩大智能纺织产品的感知能力

产品设计如何利用智能纺织品的潜力？这在一些领域，主要是体育用品、家具、电子元器件及配件上比较突出，但商业产品的例子很少。山姆·赫克特（Sam Hecht）于2001年设计的ElekTexR软键盘是一个例外，之后艾迪欧公司于2004年结合了ElekTexR与罗技科技开发的罗技键盘赢得了工业设计优秀奖。但总的来说，向消费型电子产品的进军并没有真正开始。这是可以理解的，因为在过去几年里研发重点主要集中于汽车和计算机设备，但智能纺织品时代还没有真正到来。

将智能薄膜直接“印刷”到织物上，或直接将传导纤维与电活性聚合物（如可以移动或发出彩色光的材料）织到一起，使得动态屏幕可与纤维织物无缝结合。许多纤维织物可与电激发光电线、光纤或发光二极管结合在一起，让材料发光，或用于制造柔性显示屏。例如，飞利浦生产的Lumalive织物，以及研究部门正在开发的将发光二极管应用于纺织品和其他产品的计划，柯达也有一个致力于柔性显示屏和纺织品的研究项目。

大多数消费电子产品由简单的输入设备（例如键盘、按钮或开关）、一些电子信号处理设备和简单的输出设备（如屏幕或音频设备）组成，而智能纺织品可以同时具备输入和输出的功能。此外，功能运行所需的能量也可以由织物本身生成。佐治亚理工学院的王中林（ZhongLin Wang，音译）教授和他的同事开发出的一种织物，可将用四乙氧基硅烷涂层（不受天气影响的保护涂层）的氧化锌纳米线与织物纤维结合在一起，通过小幅运动产生电能。虽然织物不能产生大量电能，大约只有每平方米80毫瓦，却可为便携式电子设备（如MP3播放器或医疗植入物）提供足够的电能。

智能织物还可以用来调节温度、气流或湿度，通过收紧或放松织物的经纬线让材料变得疏松或紧致。这类智能服装比普通衣物有更明显的优势，或多或少地提供隔绝外界冷热的绝缘性能，为穿着者提供保暖作用或保持凉爽，或通过良好的透气性来帮助减少汗水，这类织物还可具备主动脱臭性能，在热或电流等设定条件下，材料还可释放微量调节的香水。

另外，电子产品温度调节性能也可受益于智能纺织品的应用。例如，一般用来冷却电脑芯片的高导电材料制成的散热片表面积较大，随着计算机芯片处理能力的提高，芯片体积越来越小，产生的热量却更多。因此矛盾的是，为冷却芯片需要面积更大的散热器。而智能织物可提供三种可能的方法来解决这个矛盾。首先，可以对材料进行设计改变，如根据材料要求增加其表面积或增加气流量；其次，通过结合珀尔帖元件效应，热电冷却织物，将内部热量转移到外部，或通过相变材料吸收热量，然后通过形状改变散去热量；还有一种办法是，在纺织材料上布置电子，通过更多的处理单元分散热量，这种分布式处理单元类似于神经网络的运作方式。

最后一种方法最令人兴奋，它可提供与多种技术结合的可能性。可以使用导电材料在纺织品上刺绣或打印，柔性电路也可以相对容易与织物结合。之前一直困扰人们的难题是要确保电路在曲折收缩过程中不会受损，如今先进的处理技术和涂层技术已可解决这个问题。由于电子元器件正在变得越来越小，它们也有更多可能性被结合进入织物中，真正的可穿戴电子设备的时代即将到来。

就像可以在塑料中增加某种气味一样，纺织品也可拥有携带和散发气味的能力，也包括不好闻的气味。智能纺织品可以拥有这种能力，包括事先设计好含有某种特定的气味，以及洗涤后随时可以增添芳香的方式。此外还有可以应用于织物以及大多数智能纺织品上的各种洗涤剂和整理剂，为可穿戴设备提供了一种非常有意思的终极定制技术，通过一定方式的洗涤，给织物上色、增香、软化变形或消除刺激性等。

由于我们的嗅觉也是记忆的一个重要方面，也将成为智能织物触发警报响应的一个应用途径。烟雾或某些气体的气味通常会引起我们的警觉，这对于一些设备的安全使用很有价值。例如，陈旧磨损的设备，可以通过形状记忆合金提供预警信号，通过压电纤维产生振动发出信号，或通过相变材料或简单的绝缘导线改变温度，甚至还可以通过热触发等发出不同的气味等，所有这些都将进一步促进各种技术之间的相互结合应用。

智能纺织品可传递感知的特点，尤其是触觉，引起了设计者的极大兴趣，特别是与各种技术的结合。一些智能纺织品可以改变温度、颜色或柔软度，触觉反馈的可调范围远大于目前产品的交互接口。布鲁内尔大学设计主管、智能纺织品和智能消费产品前任协调员莎伦·伯雷（Sharon Baurley），对提高远程人际沟通和情感触觉反馈的可能性进行了探讨，她的“情绪衣柜”项目设计了许多原型服装，如专门的“交流服”通过电子纺织品的触觉反馈，轻轻触碰穿戴者即可增大手机使用者的触觉反应。也就是说，当你给所爱的人打一个让其放心的电话或发一条短信时，可以让对方产生得到一个拥抱或拍背的感觉。

飞利浦以类似的方式研发了一种“情绪装”，可增强看电影时的体验，穿戴者可以真实体验到屏幕上人物的感受。在不太遥远的未来，这种感官体验的研究应用无疑将出现在家庭娱乐和游戏设备中。这样一个身临其境的世界不再是科幻小说里的东西，智能纺织品所取得的进步，在某种程度上，正在将科幻逐步变为现实。智能纺织品为我们提供了更多的机会，扩大了我们与技术的感官互动，改变了我们对产品的思维方式，模糊了技术与我们之间的界线。

智能纺织品的挑战与前景

但是，将智能材料应用于各种产品，还有一些重要问题有待于解决。关键的挑战是将设计转化为实际的产品和系统，目前的挑战是获得足够多的可结合进实现设计产品的材料。

虽然时装、建筑、艺术和工程领域可承担得起一次性需要的定制项目，但产品设计的主流文化还是要面向大规模生产的需要。这也许正是我们关于智能纺织品实际应用的观点，产品设计的大环境还未真正成熟，但正在取得令人难以置信的进步，这也许是智能纺织崛起的一个关键性转折点。工业革命建立在拥有大批量生产纺织品的能力之上，而工业设计作为一门学科正在形成，智能纺织品的大规模生产也将迎来一个新的革命，也许纺织品将再次改变我们的社会结构。

[资料来源：Smart Design][责任编辑：丝丝]