智能可穿戴技术在服装设计中的应用与挑战

李立立，孙僮

（齐齐哈尔大学 美术与艺术设计学院，黑龙江齐齐哈尔 161003）

0 引言

智能可穿戴技术是一种结合了电子传感器、计算能力和通信功能的智能化技术，将其嵌入到人们的衣物服装、配饰或其他可穿戴物品中，可为穿戴者其提供数字化信息和服务，通过人机交互与反馈可以有效提高消费者的体验感和使用质量，亦成为了当下服装智能化设计的重要手段。现阶段，智能可穿戴技术已经被广泛应用于服装领域之中。截至2022年11月，根据中国专利技术局数据显示，我国在智能可穿戴技术方面的专利已申请授权24 092项[1]，是全球拥有可穿戴技术专利最多的国家。随着智能穿戴设备市场的高速发展，国内智能服装行业市场规模也将进一步的扩大，智能可穿戴技术在服装设计中的应用也将更为深度化与普及化。为此，本文集中探讨智能可穿戴技术在服装设计中的应用内容。

1 智能可穿戴技术概述

1.1 技术原理

智能可穿戴技术近年来一直是电子织物、服装行业和时尚设计研究领域的热门话题，其技术原理是通过多媒体、传感器和无线通信等技术嵌入在服装之中，即通过穿戴设备支持身体触碰（操作）等多种交互方式，可以有效追踪和监测用户的身体数据、活动量和环境信息[2]，并通过与物联网之间的连接，将穿戴者生物数据传输到互联网云端装置中进行分析和处理，使其能够与穿戴者提供个性化的服务和功能，具体过程如图1所示。

图1 服装中的智能可穿戴技术原理Fig.1 Principle ofintelligent wearable technology in clothing

1.2 应用特点

智能可穿戴技术在服装设计中通常配备了多种传感器，例如加速度计、陀螺仪、心率传感器等，并通过内置的处理器和机器算法，能够对收集到的各类数据进行实时处理和分析，从而为穿戴者提供个性化的健康监测及身体数据显示，实现服装体感分析等功能，具有智能化、精准化、实时化特点。同时，智能可穿戴技术还可通过语音识别、蓝牙、Wi-Fi等无线通信技术对其进行控制和操作，以强化穿戴者的交互性体验为根本，在此过程中穿戴者通过与智能手机、电脑等设备实现数据传输和互联互通。因此，智能可穿戴技术还体现在智能化、数据化及互动性等特点。

2 智能可穿戴技术在服装中的应用

2.1 保健服装

保健服装通常可对人体提供额外的健康保护功能，以改善使用者的健康状况为目的。近三年来，随着全球疫情大流行蔓延，健康监测和日常保健成为了大众的普遍需求，许多中老年、专业运动员等消费群体对于保健服装十分青睐。促使许多厂商开始尝试将智能可穿戴技术融入在保健服装设计中，通过融合柔性电子技术、特殊材料及内置传感器等进行开发，例如压缩服装、红外线服装、磁疗服装、按摩服装等。

以Aira Wear推出的可穿戴式按摩服夹克为例，夹克背部内置了跟踪传感器（用以对穿戴者姿势的跟踪，并进行自动膨胀）、体态评估系统、充气泵及6个可充气按摩模组，可为疼痛肌肉部位进行按摩，其设计的初衷是为了防治因长时间久坐或者错误坐姿而导致的背部疾病。同时，该款夹克在材质上选择了棉、涤纶面料，内置充气泵则采用热塑性塑料制作而成，仅有700g重，评估系统通过Biodata Feedback应用实时将体态数据反馈到穿戴者移动设备之中，穿戴者可随意调节按摩力度和方式，具有轻量化、舒适性、智能化特点。

2.2 医用服装

医用服装是医务人员在医疗环境中穿着的专业服装，旨在为医务人员和患者提供日常防护和卫生保护。现阶段，智能可穿戴技术在医疗服装领域已经有了许多成功的经验和案例，如具备ECG功能的医用监护服、带有血氧传感器功能的医用服装等[4]，为医疗服务带来了极大的便利。同时，由于医用服装市场潜力巨大，国内许多高校科研院所也开始尝试将智能可穿戴技术融入在医院服装设计之中，试图对医用服装的功能、材料、卫生要求及特殊用途进行开发。

以云南大学开发的黑白仿生医用治疗可穿戴式织物为例，将炭黑纳米颗粒具有双温调控功能的聚丙烯腈仿生材料制作成纳米服装织物，患者穿在身上可以夏天凉爽冬日暖和，通过摩擦纳米发电实现自供电。其开发设计初衷是受企鹅黑白皮毛微观机制的启发，并融合了纳米材料结构及光学特性的调控，服装内部结构中内置了户外人体温度调控器、密码信息传输系统及自供能传感器等，有效解决了传统可穿戴医用服功能单一以及灵敏度低等问题。

2.3 运动服装

运动服装一直是智能可穿戴技术深耕融合的领域之一，传统运动服通常采用透气、吸湿排汗的材质，如聚酯纤维、棉质混纺、纳米颗粒涂层等，以保持穿戴者的身体干爽和舒适。随着现阶段大众运动意识增强以及对运动服性能需求的多样化，对于具有精致、微型化特点的可穿戴式运动服购买欲望逐渐提升。例如OMORPHO开发的负重背心G-Vest+（可穿戴式数字健身服）、Sensoria研发的智能运动袜（袜内配置智能脚环）、Hexoskin Smar可穿戴式紧身运动衣（可监测人体运动数据）等产品，普遍具有紧身性强、回弹性高、物理性能强的特点，且在结构设计上符合人机习惯，人体压力缓冲性能良好，在运动服的款式设计上也具有时尚、大气的造型特点。

以图2由Wearable X开发的瑜伽运动裤Nadi X为例，该款瑜伽裤可以识别使用者的各种瑜伽姿势，裤内通过在脚踝、膝盖和臀部装有振动电机、加速度计时器和触觉反馈装置，通过柔和的震动为使用者提供实时瑜伽运动状态反馈，以防止在瑜伽过程中出现肌肉疼痛或抽筋。裤子外观色彩设计上以黑白流线式呈现，整体款式造型呈现出时尚、简约和科技感。

图2 可穿戴式瑜伽运动裤NadiXFig.2 Wearable Yoga pants NadiX

2.4 安全服装

安全服是一种专门设计用于提供保护和安全功能的服装，被广泛应用于各种特殊工作场所和危险环境之中，例如防火服、防化服、防刺穿服、防滑服、防静电服等，以保护工作者免受潜在的危险和身体伤害为设计初衷[5]。智能可穿戴技术的融合，极大的丰富了安全服装的科技性能和应用范畴，许多纺织科学研究机构通过对柔性电子技术、磁性织物、导电发热纤维等服装进行综合研发，开发了具有强大安全功能的服装产品。

以Ohmatex公司研发的智能可穿戴式消防服为例，通过将温度感应器设计在消防服内，可为消防员在过热的环境中活动中进行危险预警。其设计初衷是考虑到热压会使消防员因脱水和温度刺激受伤，因此这款衣服通过温控传感器来检测消防服外部、皮肤的温度来推测其撤离的合理时间，目前已经在美国消防员院校中被大规模采用。

2.5 发光服装

发光服装通常是指利用聚合物电致发光材料（一种可穿戴式的前沿材料）制作的纺织服装，在穿戴者的控制下可进行变化和转换，具有可变形状、颜色等特征，被广泛应用于商业演出、智能服装、户外探险、医疗等领域。例如瑞士Sefar公司研发的自动变色演出服（由发光导电聚合物材料制作而成）、国内瑞光科技研发的光疗服（利用光线辐射治疗皮损）、日本东丽公司研发的热敏变色织物Sway（一种特殊微胶囊材料，根据环境变化自动变色），这些服装通过发光材料的融合与开发，为受众群体提供了独特的视觉效果、多样的服饰功能需求及个性化的穿着体验。

目前，在商业化领域所应用的发光服装设计中，所采用的发光织物主要是有发光聚合物二极管、导电聚合物二极管、聚合物纤维、薄膜二极管纱线等，将LED灯嵌入在纺织纱线之中，可制作单色和彩色灯源，并通过编程语言对其进行精准控制，织物的发光效果具有响应速度快、效率高且视觉感强的特点，亦极大的丰富了服装的形态和使用功能。

3 智能可穿戴服装面临的挑战

3.1 日常使用层面

尽管当前智能可穿戴式服装的开发热度极高，但受制于研发材料的特殊性，绝大多数可穿戴式服装面料普遍存在洗涤性能力较弱的现状，智能服装一旦洗涤可能会导致其故障，且内置的各类传感器及电子元件，也无疑增加了服装的的重量、厚度或刚度[6]，影响了消费者在日常使用中的舒适性和便捷性。同时，可穿戴式服装的生产往往是一门复杂的制造工程，对生产技术和生产环境要求极高，传统的服装制造方式如针织、梭织、缝制等难以满足智能电子纺织品的批量化织造。

3.2 数据收集层面

智能可穿戴式服装通常内置各类生理传感器、GPS定位以及摄像头等，会涉及对穿戴者使用数据的收集和处理，其中包含了大量的个人身份信息、用户健康信息、GPS地理位置等。在大数据时代，数据信息一旦被泄露、被窃取，可能会被非法网络入侵，由于当前可穿戴式服装的数据关了标准并未建立，一旦智能服装内置系统防火墙被黑客攻破，容易给用户带来直接的风险损失，用户的个人隐私保护也将会面临着极大的挑战。

3.3 能源供应层面

智能可穿戴式技术依托于物联网结构，而物联网所做的一切都需要稳定的电源支持。与其他物联网设备相同的问题，智能可穿戴式服装如何在保持高性能的同时尽可能高效地消耗尽可能少的能源，是当前智能服装研发中的难题之一。

目前，绝大多数可穿戴式服装电池采用嵌入式，其电池寿命和耐用性存在较大的问题。一旦电池寿命缩短，容易产生DOD效应、温度效应等，导致智能服装的功能寿命也会缩短变成普通服装。尽管当前许多厂商和专家建议使用低功耗微控制器单元或研发太阳能充电模式或设计睡眠系统来节省能源，但由于可穿戴式服装的开发结构难度大，一旦改进供给能源方式，织物的物联网系统能力将面临着极大的调整，增加设计、开发和生产的复杂性提升也必然会导致服装产品的生产成本过高，促使许多普通水平消费者可能无缘接触可穿戴式服装。

4 结语

物联网时代技术的逐渐成熟，促使消费者越来越追求更时尚、便捷、智能和人性化的服装产品。智能可穿戴技术在服装设计中具有独特的应用优势和开发潜能，可为消费者提供更为个性化、便捷及数字化的服装体验，同时亦能满足不同群体、行业对不同多样化服装功能的实际需求。尽管目前智能可穿戴技术已逐步成熟，但在服装设计中的融合与扩展中也存在一些令人生畏的弊端和开发挑战，亟待予设计师考虑和解决。相信在未来随着技术的进步和创新，这些问题将逐渐得到进一步改善。