智能服装技术发展现状及建议

吕秀君，孙艳丽，齐晓晓，徐 鸣

(1.浙江纺织服装职业技术学院，浙江 宁波 315211； 2.河北美术学院，河北 石家庄 050700；3.爱慕股份有限公司,北京 100102； 4.中国纺织工程学会，北京 100025)

基于“中国制造2025”的背景及服装产业智能化的发展[1], 智能服装逐渐成为研究热点。智能服装是服装与各领域技术融合产生的一种新型服装，其可感知外部及内部环境变化，模拟生态系统，并通过反馈机制做出响应，且能够保留服装固有风格和服用性能[2]。随着移动技术与传感技术的发展，智能服装逐渐普及且不断向小型化方向发展[3]，给人们的生活带来了很多便利。

智能服装产业具有多学科、多领域交叉的特点[4]，特别是在技术要求方面，具有很强的跨学科特点。本文阐述了智能服装在运动健身、医疗监测和野外生命监测领域3个方面的应用，总结了智能服装发展的技术难点与挑战并给出了发展建议，对促进智能服装产业发展、加快智能服装的市场化应用具有一定的现实意义。

1 智能服装的研究现状

智能服装应用范围非常广泛[5]，如医疗保健、生命体征监测、运动健身、生活方式监测、资讯娱乐、工作场所及条件分析等。

1.1 运动领域

智能服装在运动领域的应用主要涉及2个部分：一是针对普通户外人员的运动服装，二是针对专业运动员优化后的智能服装。可帮助运动员提高训练效率并保证安全的智能运动服装具有较好的应用前景。

美国加州智能运动服创业公司Athos的智能运动衣和短裤产品，其内置1枚 Athos Core 小芯片和多个传感器，可监测消费者的心率、呼吸频率以及肌肉活动情况，便于监测运动员日常训练,可根据监测到的生理数据分析消费者的锻炼模式并给出锻炼意见[6]。

Ralph Lauren公司[7]的OMSignal智能网球衫将心理压力传感器和导电银线一起编织到面料中，可以监测心率、呼吸频率，传感器将收集数据进行整理并传输。Catapult公司[8]推出的Playertek智能背心，可以帮助足球运动员获得一系列训练指标，包括冲刺距离以及折返距离等。芬兰Polar公司推出的Team Pro T恤，采用无袖设计，通过在织物中嵌入传感器实时追踪心率指标。Vivometrics公司推出智能远程监测T恤，能够监测穿戴者的皮肤温度、呼吸频率、活动姿势和心率[9]。

综上所述，智能服装在运动领域的研究主要集中在监测人体心率、皮肤温度、呼吸频率等。目的是用数据反映消费者的身体健康状态以及运动效果。

1.2 医疗健康领域

身体健康是人们普遍关注的问题。可穿戴医疗监测服装可低负荷、长期连续地获取消费者各种生理信息，及时感知身体的预警信息[10]，从而达到提前预防疾病及时治疗的目的。智能服装在医疗领域的应用也是目前研究热点之一。

智能服装用于医疗行业主要得益于柔性传感器。柔性传感器将传统的电生理监测融入到衣服，利用导电纤维，实现多种生物电信号的监测，如心电图、肌电图等。智能服装通过导电纤维形变引发的电信号、光学传感器监测血流流速等实现对高血压、癫痫、中风、呼吸暂停综合征等多项生理指标的动态监测[11]。目前典型案例是将心电监测设备做成智能服装的形态，结合智能服装的监测数据，可以创建基于人体心电数据监测系统和驱动反馈系统，从而帮助消费者预防心脏方面的疾病。

Hexoskin公司研发的心电监测服，具有监测心率变化、运动步数、消耗热量等数据的功能，同时还开发了睡眠追踪功能，包括对睡眠姿势的追踪[12]。美国微软公司的Healthgear为实时可穿戴人体呼吸信号健康看护平台[13]。2016年，中国爱邦公司研究出一款名为“寸草心”的心电监测服，监测服以内衣为载体，致力于老年人心电健康监测，可监测实时心电数据[14]。

由于医疗产品进入市场需要大量的临床实验和专业的医疗器械检测认证，如欧洲的CE认证、美国的FDA 认证等，故目前销售的医疗监测智能服装产品较少。

1.3 野外生命监测领域

智能服装在民用纺织品领域和野外生命监测领域均有广泛的应用，如用于提升野外人员对外部环境的感知能力、高效处理数据信息和指挥通信的能力[15]。目前，智能服装已经成为新的野外生存装备发展的一个重要方向，在防止受伤、伤口监测、健康(生理、心理)监测等功能方面都有较大探索价值，对保护使用者身心健康、提高生存率、增强使用者整体对环境的感知度等有重要意义。

2 智能服装发展的技术难点

智能服装的设计涉及多个学科及领域，需要考虑消费者需求、服装材料、传感技术、生产技术、服用性能等多种因素。多个学科领域的交叉应用是智能服装技术发展的难点。

2.1 人体生理信号监测技术

智能服装将人体生理信号监测技术与服装技术相结合，对监测技术提出了新的要求。首先是监测速度方面，要求智能服装能够实时监测和处理数据，并利用服装内置数据收集反馈装置和算法生成即时数据[16]。其次，智能服装监测数据的收集与分析过程需可靠，保证监测结果的准确性。因此人体生理信号监测数据的传输分析准确性成为技术要点，在此基础上制定数据标准、完成数据的交互操作、确保隐私和数据安全等问题都需要进一步的技术探索。例如：如何构建适合嵌入衣服的传感器、如何连接传感器以及如何高效而准确地检索和分析监测到的人体生理信号数据。

2.2 传感元件与服装平台集成技术

电子元件的柔性化、微型化是其与服装结合形成智能服装的基础。服务于智能服装的电子元件很多，包括柔性电极、传感器、传导电路等。这些电子元件需要相互配合完成数据监测，但目前这些电子模块的集成技术大都处于实验室阶段，还未达到规模化生产。

作为智能服装的一部分，电子元件同样必须满足服装的服用性能[17]，例如长时间续航、可水洗等；尽量减少连线，提高服装舒适性；合理优化布局，增强美观性。另外，心电监测、呼吸频率、温度等传感器应根据人体生理信号的监测原理准确放置于人体相应位置。同时，信息处理模块在设计和放置时应考虑人体的可穿戴面积，避免因消费者体型差异而错位，选择运动时相对固定及承载表面积较大的区域，减少消费者着装负担[10]。

2.3 信号处理及其系统通信技术

随着计算机技术的发展，监测系统的数据传输也将逐渐无线化和集成化。集成于服装上的各种传感器及电极，如果采用无线信号传输，将极大地减少导线的使用。通过对信号端口进行集中整合，使得测试更加方便、灵活，且端口还可进行扩展，为以后添加功能提供可能。故信号处理及其通信技术的无线化与集成化，也是智能服装产业需要突破的难点之一。

2.4 服装与皮肤之间的动态作用研究

人体在活动时皮肤与服装之间会产生滑移[18]，消费者穿着智能服装极易造成柔性电极、传感器等电子元件与皮肤产生相对位移和接触压力的变化，这种变化会影响到监测数据的稳定性，从而影响数据信息处理结果的准确性。从服装工效学和技术角度，研究具有弹性的传感器和增强其对身体的黏附，可最大限度地减少皮肤与传感器的位移，对增强智能服装的实际应用非常重要。

3 智能服装发展中面临的挑战

3.1 安全问题

装有新型人体可穿戴设备的智能服装的安全性是人们重点关注的问题[19]，主要涉及2个方面：一是产品本身存在物理安全隐患，二是信息数据存在安全隐患。

为了确保监测数据的准确性，例如需要提取人体心率、血液温度等生理数据的智能服装会要求贴体穿着，这对产品安全有更高的要求。同时，信息时代已积累的个人信息保护等安全技术[20]与智能服装结合有一定难度，人们在智能穿戴设备方面的安全防范意识也相对较低，无法准确有效地应对个人信息数据的泄露。国家有关部门也缺少对智能可穿戴设备安全规范以及行业标准的制定。

3.2 成本高昂难以普及

智能服装产品因其可穿戴系统在运动、医疗等方面的便捷性应用受到国内外关注[21]。智能服装的发展基于大量的电子传感元件集成及复杂的数据传输分析系统，这些都需要耗费大量专业成本。同时长期的数据传输分析也需要专业人才维护。这些原因使得智能服装成品的价格十分高昂[22]，不利于大面积的市场普及。目前领先世界的智能服装研究成果多出于高校、研究机构等，例如意大利米兰理工大学研究人员研究的传感编织内衣织物等[23]。但由于成本居高不下，市场环境也不充分，这些成果都仅限于实验室中。

3.3 大数据应用及其分析的准确性

智能服装心率监测设备，需要有附着于人体表面的电极传感器，通过传感器层获取数据并分类分析。同样的数据样本，对于不同人群、不同使用环境的判断结果都是不同的，这需要不断更新消费者身体状态的数据并综合分析消费者的使用场景、使用背景的数据。在此过程中如何应用大数据进行分析以提升监测结果的准确性[24]，是一个非常值得思考和关注的问题。

4 智能服装发展建议

4.1 寻求技术突破

智能服装的基本要求是电子设备与服装纺织品二者之间联系的稳定性，也是负责监测身体信号的传感器所输出数据的稳定性。需要消费者身体与传感器的形状、尺寸和位置方面互相匹配。目前传感器的稳定性需要进一步提升，寻求技术突破。例如智能服装涉及到材料的选择以及传感器设备的定制，可根据运动需求或消费者年龄的需求形成对应解决方案。

4.2 制定智能穿戴装备的安全规范

智能服装作为新形态电子用品[25]，除了需要满足基础服用性能外，还需要进行人体生理数据信息的收集工作。这就涉及到物理安全与“互联网+”大数据模式下的个人信息保护[26]。需要国家有关部门制定关于智能服装详细的行业标准安全规范以及信息安全保护措施，有效促进智能服装产业的良性发展。

4.3 整合智能服装所涉及领域

智能服装产业技术发展需要服装工艺设计、电子信息技术应用等多种专业领域知识，纺织服装行业、医疗行业、计算机行业等多种围度的资源整合。其包含了数字制造、生物技术、柔性电路以及可穿戴技术等先进的设备与技术[27]。多领域研究成果的结合，可促进智能服装发展的多样性。为了促进不同领域专业资源的整合，可为不同专业领域的人才创建一个交流与沟通的专业平台，为智能服装产业发展提供助力。

5 结束语

本文从智能服装在运动、医疗、野外生命监测等领域的应用入手，对智能服装发展的技术难点、面临的挑战进行研究。智能服装发展的技术难点在于人体生理信号监测技术、传感原件与服装平台集成技术、信号处理及系统通信技术以及服装与皮肤之间的动态作用研究等。同时，智能服装目前面临产品安全、成本高昂、使用场合限制、大数据应用等问题。除了科研层面上的关键技术需要进一步研究外，在行业标准方面，需要统一制定智能服装安全规范，才能对这个智能服装的发展起到良好的引导和制约作用，同时需要进行纺织产业整合，因为只有全面的产业整合才能形成完整的产业链，进一步促进智能服装降低成本，走向大众。