柔性可穿戴技術(shù)的未來
——第12期紡織科技新見解學術(shù)沙龍編后記

柔性智能可穿戴技術(shù)是多學科交叉融合形成的新興技術(shù)。然而，目前全球關(guān)于柔性智能可穿戴產(chǎn)品的相關(guān)理論、制備技術(shù)尚不成熟，真正實現(xiàn)柔性智能可穿戴電子技術(shù)的實際應用和產(chǎn)品也極少，多數(shù)研究無法克服性能缺陷或批量制備難題，產(chǎn)品在柔順性、可穿戴性、美學裝飾性和娛樂、信息處理、網(wǎng)絡通信功能等方面均有待提高，智能可穿戴技術(shù)和產(chǎn)品的未來走向亟待引起重視。

為從不同角度探討柔性智能可穿戴產(chǎn)品的發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)，促進對此問題的理論和實踐探索，由中國科學技術(shù)協(xié)會主辦，中國紡織工程學會承辦，《紡織學報》編委會、武漢紡織大學協(xié)辦的中國科協(xié)第126期新觀點新學說學術(shù)沙龍暨12期紡織科技新見解學術(shù)沙龍于2017年11月4—5日在湖北武漢召開，主題為“柔性智能可穿戴技術(shù)的未來”。中國工程院院士、東華大學教授俞建勇，美國加州大學戴維斯分校教授潘寧，香港理工大學教授陶肖明，武漢紡織大學教授王棟擔任本期沙龍領(lǐng)銜專家。中國科協(xié)學會服務中心黨委書記、副主任、科技社團黨委副書記劉亞東，中國紡織工程學會常務副理事長伏廣偉出席會議。來自高校、科研院所、軍隊、企業(yè)的40余名從事柔性智能可穿戴技術(shù)研究的資深學者和青年新秀受邀參與了本次沙龍的專題研討，從不同角度和專業(yè)領(lǐng)域?qū)ξ磥砣嵝灾悄芸纱┐骷夹g(shù)的發(fā)展方向及關(guān)鍵技術(shù)提出新見解。本文通過總結(jié)部分專家建議，從柔性智能可穿戴技術(shù)的發(fā)展機遇、智能服裝的發(fā)展現(xiàn)狀、柔性傳感器開發(fā)與融合技術(shù)、智能纖維的開發(fā)、柔性智能可穿戴產(chǎn)品發(fā)展方向進行報道。

第12期紡織科技新見解學術(shù)沙龍現(xiàn)場

1 柔性智能可穿戴技術(shù)的發(fā)展機遇

柔性智能可穿戴產(chǎn)品綜合運用傳感、通信、控制、驅(qū)動、顯示、嵌入等技術(shù)，實現(xiàn)信息傳導、智能調(diào)控、生活娛樂、健康監(jiān)測等功能的移動智能終端；該類制品具有柔性、大變形、實時、適應長期穿戴等特點，在醫(yī)療、健康、體育、娛樂、工業(yè)及軍事等眾多領(lǐng)域具有廣泛的應用前景，已經(jīng)受到了各國的高度關(guān)注。近幾年來，發(fā)達國家紛紛制定研究計劃，著力突破柔性智能可穿戴關(guān)鍵技術(shù)，欲搶占產(chǎn)業(yè)發(fā)展制高點。歐美洲等國家紛紛成立國家級研究機構(gòu)，如：德國在2014年發(fā)起實施“未來紡織”研究計劃；美國于2016年發(fā)起“革命性纖維和紡織制造創(chuàng)新計劃”用于支持將紡織材料與智能傳感技術(shù)相融合的革命性纖維織物發(fā)展，將以智能材料為核心的柔性可穿戴技術(shù)列為未來的重點發(fā)展戰(zhàn)略；我國在《國家中長期科學與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006—2020)》已將智能材料與結(jié)構(gòu)技術(shù)、智能材料制備加工技術(shù)列為國家重點研究方向。目前我國已在智能材料、器件、大數(shù)據(jù)及智能制造領(lǐng)域已開展了卓有成效的技術(shù)及應用研究，為柔性智能可穿戴產(chǎn)品及技術(shù)發(fā)展提供了可實現(xiàn)的基礎(chǔ)環(huán)境。

2 智能服裝的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，智能可穿戴設備層出不窮，廣泛應用于健康監(jiān)測、移動通信、軍事、體育、教育和娛樂領(lǐng)域，如智能耳機、手環(huán)、手表、眼鏡等，但這些產(chǎn)品功能單一、智能化程度不高、可替代性比較強，也不屬于真正意義上的柔性智能可穿戴產(chǎn)品。

我國柔性智能可穿戴技術(shù)研究與國際同步。過去十幾年里，一些高校和企業(yè)踴躍參與，在可穿戴的智能纖維材料研究、柔性器件設計與封裝、系統(tǒng)集成以及智能紡織材料加工等技術(shù)領(lǐng)域取得了一定進展。然而，基礎(chǔ)研究薄弱、研究和應用協(xié)同不夠、技術(shù)體系和標準不完善、復合型技術(shù)人才匱乏等問題，制約了我國柔性可穿戴技術(shù)快速發(fā)展。

服裝與人體之間具有大面積及長期接觸的特點，與人類的生存和生活密切相關(guān)，其功能無可替代。美國加州大學戴維斯分校潘寧教授強調(diào)智能服裝的開發(fā)對紡織產(chǎn)業(yè)推動的作用巨大，但是要以不犧牲原有纖維、紗線、織物本身優(yōu)異性能為前提，否則都不是真正意義上的智能可穿戴產(chǎn)品。

潘寧：可穿戴技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

利用智能服裝能夠?qū)ν饨绲沫h(huán)境做出相應的反應和調(diào)整的特性，即可實現(xiàn)對人體狀況和周圍環(huán)境進行實時監(jiān)測和診斷。香港理工大學陶肖明教授闡述了智能服裝發(fā)展歷史、趨勢和關(guān)鍵技術(shù)。她介紹了幾年前美國麻省理工學院研究的先進纖維織物項目，已經(jīng)做出1根多組分的光纖，通過加入導電物質(zhì)，把微電子的芯片裝進到纖維中，成功制備出纖維傳感器；但是不能將其用在織物上，因為采用的芯片尺寸太大，且不能彎曲，在使用中容易被破壞，達不到產(chǎn)業(yè)化要求。隨著電子元器件的微型化、輕質(zhì)化、柔性化發(fā)展，以及智能系統(tǒng)從單一功能逐漸發(fā)展為集成多重功能，真正的智能服裝生產(chǎn)制造將成為可能。目前，香港理工大學已研究了1根普通光纖放在紡織結(jié)構(gòu)材料里，并制備出具有延伸性能的織物傳感器，該傳感器可以重復拉伸10%，并能呈現(xiàn)較好的測量精度。

陶肖明：智能紡織與可穿戴技術(shù)的發(fā)展探索

可穿戴服裝已經(jīng)嘗試在體育、醫(yī)療等細分領(lǐng)域進行應用，但其產(chǎn)品的發(fā)展必須充分考慮不同消費者群體的需求。超盈國際控股有限公司胡軍巖總工程師從服裝舒適性測量與功能服裝設計的角度指出，如何突破功能性傳感器單元與紡織品有效融合的關(guān)鍵技術(shù)是柔性智能可穿戴技術(shù)未來發(fā)展的重點。香港理工大學李鸝副教授將服裝設計和智能纖維、生物、醫(yī)學等技術(shù)進行融合，以服裝設計師的視角指出需要開發(fā)性能優(yōu)異的功能纖維，采用針織、機織等方式將智能傳感單元進行織造和裁剪，組裝成新型的智能可穿戴服裝。浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學院張輝副教授從市場角度探討了智能服裝發(fā)展的技術(shù)瓶頸，他認為柔性器件發(fā)展滯后市場需求是制約可穿戴產(chǎn)品功能、用戶體驗的主要問題之一，需要將電子技術(shù)與紡織技術(shù)充分融合，才能有效推動柔性智能可穿戴產(chǎn)品的發(fā)展。

3 柔性傳感器開發(fā)與融合技術(shù)

目前，柔性傳感器可分為柔性壓力傳感器、柔性應變傳感器、柔性氣敏傳感器、柔性光纖傳感器等幾大類。柔性傳感器在可穿戴設備的未來發(fā)展中，以其具有輕薄便攜、電學性能突出、集成度較高等特點，將發(fā)揮舉足輕重的作用。柔性傳感器能給人體健康帶來諸多益處，比如可以進行生理參數(shù)檢測、運動檢測、動作姿態(tài)和語音識別檢測及環(huán)境檢測等。

清華大學謝續(xù)明教授制備了高強度自愈合水凝膠的可穿戴電子器件，他認為利用功能性高分子材料、碳材料開發(fā)更微小化和柔性化的電子器件，并將微型化的柔性電子器件構(gòu)筑與服裝兼容的功能化產(chǎn)品是智能可穿戴技術(shù)未來的發(fā)展方向。清華大學王沫然教授分析了柔性電子器件發(fā)展中微尺度力學及熱學問題，指出智能可穿戴紡織品是系統(tǒng)工程，未來的柔性傳感器需要具有舒適性、無害無礙且生物兼容等方面的要求。

謝續(xù)明：基于高強度自愈合水凝膠的可穿戴電子器件

王沫然：智能可穿戴技術(shù)中的微尺度力學與熱學問題

美國佛羅里達農(nóng)工大學與佛羅里達州立大學工程學院的研究人員利用碳納米管開發(fā)出一類超薄柔性的運動傳感器，這種傳感器既不像普通的柔性金屬傳感器那樣感覺遲鈍，也不像更加靈敏的半導體傳感器那樣僵硬笨重，為實現(xiàn)柔性傳感器開發(fā)與織物融合技術(shù)提供支持。中國科學院深圳先進技術(shù)研究院孫蓉研究員指出：先進電子封裝材料及技術(shù)能成功生產(chǎn)工藝簡單的柔性電極材料，是有效融合電子器件與紡織品的關(guān)鍵技術(shù)。為解決柔性超薄器件的加工精度問題，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院張國平副研究員提出了一種具有高可靠性的激光解鍵合方案，該方案采用紫外激光響應材料和臨時鍵合材料將超薄器件和透明載體(通常為玻璃)鍵合，在完成后續(xù)工藝后，利用激光響應材料對特定波長的紫外激光有強烈吸收作用，將光子能量轉(zhuǎn)化為化學鍵斷鍵的能量，實現(xiàn)超薄器件與載體的輕易分離。中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所陳韋研究員利用納米材料制備了具有光、熱、濕、機械、電等能源供給與存儲功能的納米芯片傳感器，為智能可穿戴產(chǎn)品在仿生感生響應系統(tǒng)和再造功能領(lǐng)域的發(fā)展提供新思路。

4 智能纖維的開發(fā)

智能纖維是指能夠感知外界環(huán)境(機械、熱、化學、光、濕度、電磁等)或內(nèi)部狀態(tài)所發(fā)生的變化，并能做出響應的纖維。近年來，智能纖維的開發(fā)得到了迅速發(fā)展，也催生了一系列新興智能紡織品的出現(xiàn)，目前有不少也已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。當前關(guān)于智能纖維材料制備柔性智能可穿戴產(chǎn)品的常見方法主要有3種：研發(fā)智能纖維或智能紗線，通過針織、機織等織造方法直接生產(chǎn)智能可穿戴紡織品；利用后整理等技術(shù)手段賦予普通纖維或紡織品適用于可穿戴產(chǎn)品的特殊功能；將外接智能器件無縫融合到紡織品中。

武漢紡織大學王棟教授利用納米纖維材料和其他功能性纖維材料制備纖維基生物傳感器和壓力傳感器，通過合理設計電路結(jié)構(gòu)，融合電路設計與紡織制造，可開發(fā)大面積智能可穿戴紡織品。東華大學俞昊教授研發(fā)的柔性納米纖維基發(fā)電機(摩擦式)和蘇州大學張克勤教授研發(fā)的新型碳基高導電纖維材料，拓展了柔性納米材料在傳感、感知、能源轉(zhuǎn)換及智能交互器件領(lǐng)域的應用，可有效助力柔性智能可穿戴設備的發(fā)展。與其他智能可穿戴產(chǎn)品基材相比，智能纖維材料具有價格低廉、質(zhì)量輕、體積小、表面積大、易編織等優(yōu)點，同時可滿足服裝在穿著過程中三維扭曲形變的需求，實現(xiàn)電子元器件與人體皮膚最大程度上的貼合，改善可穿戴產(chǎn)品的散熱、透氣導濕性能，為解決當前柔性智能可穿戴領(lǐng)域面臨的困境提供了新的思路。

王棟：纖維材料與柔性智能可穿戴技術(shù)

5 柔性智能可穿戴產(chǎn)品發(fā)展方向

俞建勇院士仔細聽取了各位代表關(guān)于柔性智能可穿戴關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向的觀點，為本期沙龍作了總結(jié)性發(fā)言：柔性智能可穿戴技術(shù)是多技術(shù)交叉融合逐漸發(fā)展形成的新興技術(shù)領(lǐng)域。紡織服裝以其突出的柔性、大變形、適形性、可長期穿戴性等應用特性，成為柔性智能可穿戴產(chǎn)品的優(yōu)異載體。以紡織新材料和無線通信為技術(shù)核心的柔性智能可穿戴器件產(chǎn)品成為未來智能可穿戴產(chǎn)品的重點發(fā)展方向。特別是結(jié)合紡織服裝技術(shù)，將微型化和柔性化的智能系統(tǒng)融入紡織服裝形成的智能可穿戴紡織品，然而目前國內(nèi)對柔性電子元器件、柔性基材與電子元器件的集成、柔性可穿戴特定結(jié)構(gòu)設計、柔性可穿戴功能和能源器件開發(fā)等基礎(chǔ)研究薄弱，已開展的研究工作系統(tǒng)性不夠且大多屬于跟蹤研究，缺乏自主創(chuàng)新的原創(chuàng)研究，亟需多方努力加快推進智能可穿戴技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展。同時須從安全性、穩(wěn)定性及舒適性等方面組織制定柔性智能可穿戴技術(shù)標準、產(chǎn)品標準和檢測標準，規(guī)范該新興技術(shù)和產(chǎn)品準入門檻。

柔性智能可穿戴技術(shù)是科學研究的前沿熱點，也是我們社會發(fā)展到網(wǎng)絡和信息時代后具有重要應用前景的技術(shù)，無論是科學研究，還是技術(shù)發(fā)展，都具有重大的價值。我們一定要從核心技術(shù)突破，系統(tǒng)技術(shù)集成、應用功能實現(xiàn)綜合考慮，有效推進柔性智能可穿戴技術(shù)的研究與發(fā)展。

俞建勇：關(guān)于柔性可穿戴技術(shù)的幾點建議

6 結(jié)束語

要加快推進柔性智能可穿戴技術(shù)和產(chǎn)品發(fā)展，需重點關(guān)注以下幾個方面：1)迫切需要加大核心關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，進一步完善智能材料、柔性可穿戴元器件、信息處理系統(tǒng)及網(wǎng)絡、加工制造、可穿戴設備集成等組成的技術(shù)體系；2)需要關(guān)注所研發(fā)技術(shù)的核心性，并努力達到國際先進水平；3)技術(shù)研發(fā)必須關(guān)注使用價值，技術(shù)研究與應用需要全鏈條設計，一體化協(xié)同實施；4)產(chǎn)學研用結(jié)合、軍民融合發(fā)展是加快推進柔性智能可穿戴技術(shù)發(fā)展的重要途徑，要找準重大需求，推進高校、科研院所、生產(chǎn)企業(yè)和應用部門產(chǎn)學研用深度融合，開展柔性智能可穿戴技術(shù)攻關(guān)，并推動市場應用和產(chǎn)業(yè)化。

“紡織科技新見解學術(shù)沙龍”是中國紡織工程學會主辦的系列高端學術(shù)交流活動。針對當前紡織行業(yè)新技術(shù)研發(fā)與應用中存在的熱點、焦點、難點問題，為廣大科技工作者提供一個寬松、自由、平等的交流平臺，通過百家爭鳴的討論方式各抒己見，促進產(chǎn)學研用的結(jié)合，為我國紡織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和科技創(chuàng)新提供新見解、新思路。主題為“高性能納米纖維的宏量制備關(guān)鍵技術(shù)”的第13期紡織科技新見解學術(shù)沙龍即將召開，詳情請關(guān)注中國紡織工程學會官方網(wǎng)站。(撰稿 舒?zhèn)?