智能服装的应用途径和发展问题及其未来趋势展望

孙若宸，许黛芳，黎梓璇

（嘉兴学院设计学院，浙江嘉兴 314001）

智能服装又称功能性服装，指的是能够发挥特有的功效或含有特定目的性功能的服装。智能服装原本属于尖端领域，是在原有覆盖人体、装饰美化等基本功能上，将人工智能的电子微元件添加到服装中，满足不同人群对服装中电子产品微元化、无形化的追求。例如能检测人体生理指标的衬衫，能播放视频和音乐的外套，能根据外界因素调节温度、湿度的裤子等，既满足了大数据时代下人们对高科技产品的追求，也让许多服装企业在传统纺织服装产业不景气的情况下谋求了新的市场和活力。

本文旨在介绍智能服装的分类，然后分析应用途径及目前存在的发展问题，最后对未来发展趋势进行展望，以期让群众和企业认识到智能服装未来巨大的前景和市场，使之发挥更大的作用。

1 智能服装概述

1.1 智能服装的定义

服装作为人类文明的载体，体现了当代科技的迅猛发展。而智能服装则是人工智能与服装设计等多方面的高科技结合。和传统服装相比，智能服装在覆盖人体、保温避寒、美化装饰等基本功能上并没有多大的改变，而是在服装功能上进行拓展。服装设计师通过引入现代智能化技术，使服装更加科技化、智能化，在满足消费者审美和舒适的前提下融入新型的高科技，帮助消费者解决特定的困扰。

1.2 智能服装的研发方向

目前的智能服装主要是在服装材料的高科技化、服装与电子元件融合、服装与外界传感反应、服装中人机智能交互、服装电源与电路控制系统改进等方面进行研究[1]。研发方向主要是服装材料的创新[2]，服装智能化[3]、电子化的提升[4]，具体的组合形式分为3种：（1）服装直接接入微型电子元件来控制功能；（2）通过创新材料或化学改性赋予普通服装特殊的功能；（3）通过梭织或针织技术将智能纤维等织入服装中。如图1 所示，将LED 灯与纱网面料相结合，在纱网面料中将LED 元件作为点元素应用，再配合面料再造工艺，使不同色彩的LED 元件形成肌理图案，将科技与面料再造艺术结合在一起。

图1 LED灯与纱网面料的结合

1.3 智能服装设计应满足的条件和原则

智能服装在设计时应该满足的条件：（1）电子服装能够起到预期的智能作用或达到预期的标准；（2）穿着在身上能够达到人体健康标准并满足穿着过程舒适；（3）满足制作过程的裁剪、缝纫，后期的洗涤等要求；（4）智能服装保养要方便，材料要绿色环保，对环境的污染最小化。

设计智能服装应该遵循的原则：（1）人机交互原则，即加强人体、服装、外界之间数据与信息的交互，使三者成为统一的机体[5]，如著名荷兰服装设计师Paulinevan Dongen融合蓝牙、手机APP等互动技术，研发了智能风衣Paulinevan Dongen（如图2所示）。（2）分区与一体化设计原则。一体化即一件智能服装作为一个整体，对各项参数的处理应从整体来考虑；分区则是指按照人体结构将各层次分割开来，分摊存在的安全要素，如采用嵌入式连锁设计模式[6]将服装分成几片或几层植入不同的要素，既可以实现电子元件不可见、不可触摸，又可以避免因水洗、晾晒造成磨损，体现智能服装的轻便、舒适、耐磨等特性。（3）可持续使用原则。智能服装的可持续使用原则起初是指智能服装的电池续航能力，后来随着环境问题的突出演变为对环境的破坏程度[7]，如目前的生态服装采用天然纤维面料，亦采用无害染料印染，严格控制甲醛的残余量，具有无毒、安全的特性。

图2 Paulinevan Dongen设计的智能风衣

2 智能服装在研发程度上的分类

2.1 入门级智能服装

入门级智能服装是指将服装与一些功能简单的智能设备相结合。产品的功能较为单一，属于功能单一的简单大众化产品，智能化程度不高，生产目的主要是为了满足消费者的好奇心，研发成本较低，对外界数据的处理能力不够完善。这类智能服装较普及，利用当前最基本的传感技术分析监测数据，做成拥有单一功能的智能服装，如测量心率的腕带、镶嵌蓝牙耳机的帽子、测量身体数据的贴身内衣等。

2.2 准专业级智能服装

准专业级智能服装是指将功能较单一的智能设备组装、集合后再与服装相结合形成的产品。多设备集合实现了传感器之间数据分析能力的融合，产品达到准专业级别。相对入门级产品，准专业级智能服装的功能更加多样化，能够满足消费者对于智能服装的初级体验，甚至还能够协助解决生活中的部分需要。因为功能的增加，此类智能服装对研发者和生产者的要求、标准更高，尤其需要更多跨专业的综合性人才，所以研发、生产的成本较入门级高。

2.3 专业级智能服装

专业级智能服装是指功能较全或测量数据较为准确，数据分析比较高级的服装，目前主要是一些医疗服装能达到该水准。医疗类智能服装能够实现对人体的无创、无介入监测，比如血压、血糖、心电、心率、血氧饱和度等，在预防人体疾病和促进患者康复方面起到重要作用。该级别的智能服装需获得医疗机构的专业认证，收集的数据需要纳入HIS（Hospital Information System 医院信息系统）进行集中管理。因为价格昂贵，市场与普及程度都非常有限。

2.4 综合级智能服装

综合级智能服装是指功能齐全、对数据处理能力强大、集纺织材料和电子设备于一体的服装。除了“一对一”式精准采集系统外，还具备“N合一”数据整理、分析系统。将分散的数据综合起来加以分析，从而得出结果和解决方案。这一级别的智能服装需要多行业、多领域、多层次结合，研发成本和研发时间都需要提前做好规划。但是未来智能服装的趋势必将是“N合一”，如针对人体的不同部位采用不同设备，不同器官融合不同的科技，最终将其整合、处理并解决问题。

2.5 特殊领域的专用智能服装

这类智能服装的应用领域比较狭窄，具有特定的功能，如军事上的“变色龙军服”采用特殊材料制成，可以防弹，可以根据周围环境变成迷彩色，还能通过分析士兵的心率来调节温度，分析外界空气是否含有有毒气体后自动密闭并生成氧气，与外界隔离。又如目前最为火热的航天服的智能技术非常复杂，不仅在材料上要求极其严格，在交流、数据处理、防辐射、抗压等方面的要求也非常高。航天服的5 大主要功能：（1）保证宇航员的生存温度；（2）保证真空状态下的气压平衡；（3）阻挡太空辐射；（4）地空交流；（5）维持宇航员的新陈代谢。图3所示是目前NASA正在设计的美国宇航局火星宇航服Z-2系列太空服，利用3D扫描量身定制，材质使用耐久性的坚硬材质，将成为未来航天员移民火星的日常装备。此外还有许多特殊领域的专用智能服装，其功能只针对部分特定人群[8]。

图3 NASA研发的Z-2系列太空服

3 专业智能化服装的应用途径

目前智能服装有多种多样的功能，可满足用户的不同需求，根据应用领域的不同，可以划分为生活娱乐、医疗保健和军事装备等智能服装。

3.1 生活娱乐

生活娱乐类智能服装的主要用途是为了方便日常生活，解决一些小问题，促进人类生活的智能化，加强消费者对智能服装的体验感。如设计师Lauren Bowker将纺织品和油墨技术相结合，设计出了能够适应天气变化的裙子，其护套用液晶处理，可以针对外界摩擦作出反应。加拿大蒙特利尔时尚设计师Ying Gao设计出会开放的裙子Living Pod，当暴露在光线下时，裙子的褶皱会卷曲展开，运动速度也会随着光线的强度而变化，体现了服装的自然运动原理。

近几年来，人机交互技术的不断发展加快了智能服装与人体、外界的结合。图4 是飞利浦设计的Bubelle Emotion Sensing Dress，是一件能够传达情感的裙子，内部包含了生物传感装置，将穿着者的情感转化为色彩表现在衣服上，使衣服成为交流工具，让人们看到了时尚的未来。

图4 飞利浦设计的Bubelle Emotion Sensing Dress

3.2 医疗保健

医疗保健类智能服装目前拥有最广阔的市场，因为当前人口老龄化加剧，各种疾病的发生率升高，甚至连部分保健人士都穿上了这类服装。如2004 年新加坡研发出一款“记忆衬衫”，通过内部的硅感应装置感应使用者是否摔倒，并向监护者发出警告；江南大学研发的iBeacon 定位矿工服，在1T2F 模式的基础上引入iBeacon 定位技术及多功能面料等安全因子，从材料、款式、安全、GPS等多方面对矿工服进行改进[9-10]；内部植入传感器以监测多项生理参数的Owlet 智能袜，能够监控婴儿心跳、血氧量、体温、睡姿，可以帮助父母实时远距离监控婴儿的身体状况[11]。

医疗保健类智能服装有广阔的应用市场，改变了传统医疗设备笨重、传输距离短等弊端，是智能服装的一大重要用途。

3.3 军事装备

智能服装最早应用于军事装备，目前智能服装最领先的领域也是军事装备。随着生物、化学、材料多方面技术的进步，智能服装在军事装备方面的应用也展现出更多的用途。[12]如因独特的材质，超高分子质量聚乙烯纤维绳索拥有与钢索相同的硬度（质量却只有钢索的1/10），能阻挡冲锋枪AK47 的子弹，使士兵能抵挡外界的冲击[13]。又如我国姚穆院士领导的团队研发的军港呢采用多重多异复合化纤长丝织物制成，具有抗静电、抗褶皱、清洗易干等优点，已经成为我国新一代的军服面料[14]。

4 电子化智能服装在应用方面存在的问题

如今，智能服装的普及程度还处于初级阶段，产品的功能、设计款式、消费者的认知等方面都没有成熟，这有多方面的原因，具体有以下几点：

4.1 电子元件电池续航能力

尽管目前许多电子元件已经实现了微型化、轻质化，但搭配电池使用仍会出现续航能力不足、体积过大等问题。而增强续航能力则不可避免要增大电池的体积，这样不仅影响隐蔽性，还会导致衣服的舒适度下降；同时，随着使用时间的延长，电池会出现供电能力均匀性下降的现象，影响数据处理的准确性和信号传递的稳定性。即使是目前供电能力最均匀的锂电池也无法实现长期的均匀供电[15]。

4.2 高成本

由于智能服装需要的材料、电子设备、人工成本、技术、生产周期等都没有达到普及化标准，所以智能服装的时代还没有到来。生产所需的高昂成本使其成为一种奢侈品，大众消费者难以承受；而且智能服装的保养问题也是影响消费者购买意愿的重要因素之一。

4.3 穿着舒适度与安全性

智能服装作为一项跨领域产品，融服装与电子产品于一体，要兼顾舒适性与安全性就非常困难。安全性涉及服装的电路安全、材料安全、电子辐射安全等。然而，目前的智能服装监测尚未形成系统化、规范化的标准，故生产出来的产品无法保证其质量安全。而舒适性困难则是因为将科学融入服装时，往往为了实现服装的功能而无法满足穿着时的舒适感。如镶嵌在智能服装内部的电子元件体积大、硬度强，让穿着者在穿着时较难受。又如一些采集人体数据的智能服装，为了数据的准确性选择紧身服，可能妨碍使用者的日常活动。

4.4 耐用性

智能服装镶嵌了芯片、数据处理器、传感器等电子元件[16]，在穿着、洗涤等过程中，这些电子元件会受到拉伸、磨损、水浸、弯曲等，一旦某一方面出现问题，都会导致服装功能受损，影响服装的耐用性和智能系统的维护，使其使用寿命和使用周期较短[2]。

4.5 数据处理能力的准确度

智能服装数据处理的准确度一直是智能服装设计时的普遍难题，尤其是在采集人体数据时，由于人体不可能处于静止状态，所以不可避免地存在运动干扰、声音干扰等。而且电子设备安放位置的移动及防护措施会影响数据的传输与信号的强弱，造成智能服装在处理数据时产生误判、漏判。

5 智能服装未来发展趋势的展望

尽管智能服装目前存在许多技术性问题，但不可否认的是，作为当下服装界最为火热的研究方向，其未来的市场前景与经济效益巨大。

5.1 向商业化和大众化方向发展

从智能服装的演变史来看，智能服装从最初概念的提出到产品的出现，实现了从军工到医疗再到日常生活的转变，有向着商业化和大众化方向发展的趋势。虽然目前一部分入门级智能服装实现了商业化，但大部分智能服装由于高昂的成本和美观性的缺陷市场开发无比艰难。未来智能服装在降低成本的同时也应兼顾美观性，既降低市场门槛，又提高消费者对智能服装的期待，从而促进智能服装向着商业化和大众化方向发展[17]。

5.2 向特定化和人群针对性方向发展

不同的人群对于智能服装的功能有不同的需求，如老年人和儿童需要防走失、防跌倒类智能服装，起到监控保护作用[18]；运动健身需要运动保健类智能服装，起到测量身体指数和引导作用。这要求智能服装向着特定化方向发展，针对特定人群进行设计开发。

随着开发的不断深入，智能服装必然需要向着特定化和差异化方向发展，从消费者的需求出发，不断完善其功能，从而有针对性地研发出满足消费者的产品[19]。如针对老年人等特殊人群，重点是保护其人身安全，可以添加区域定位、实时报警等功能；针对健身旅游类人群，可以加入GPS等实时定位、导航设备，协助路线规划。

5.3 向可持续化和复合化方向发展

多领域融合为智能服装的进步提供了科学保证，也促进其向着复合化方向发展，例如将生物监测、环境监测、温度调节等多种功能进行融合。随着未来科技和智能服装研发的不断进步，这种趋势将越发明显。

在设计智能服装时，服装设计师不但要有可持续的设计创意，还要选择可持续的材料和工艺。这里的可持续材料和工艺不仅指服装报废后不污染环境，还包括产品在达到使用寿命后，对仍然可以使用的材料和电子元件保证其循环利用的价值，提高资源利用率，达到人与自然的平衡与共处[20]。

6 结束语

从分析智能服装目前存在的问题与对未来的展望可以看出，智能服装未来在服装界具有广阔市场。目前，英国、德国、瑞士、芬兰等国家都在积极研发智能服装，许多服装产业巨头也展开了智能服装的研发，相信随着电子电机、计算机软件等技术的发展，智能服装的普及将在不久的未来实现。