智能瑜伽服研究進(jìn)展

劉梓愿，Natalia Jones，唐 虹，張成蛟，時(shí)祿禎，葛 睿

（1.南通大學(xué)，江蘇 南通 226019；2.南通博贏特闊織造有限公司，江蘇 南通 226316）

隨著科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)服裝的要求已經(jīng)發(fā)生改變。各種智能可穿戴設(shè)備的出現(xiàn)與快速發(fā)展，為服裝領(lǐng)域和醫(yī)療領(lǐng)域帶來(lái)無(wú)限的可能，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和全民健康的發(fā)展帶來(lái)了全新改變。同時(shí)，在大眾健康意識(shí)不斷加強(qiáng)的背景下，人們對(duì)瑜伽服的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)服裝對(duì)瑜伽運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的肌肉形變拉伸保護(hù)作用很小，有時(shí)會(huì)使肌肉疲勞惡化為肌損傷，由此產(chǎn)生的肌運(yùn)動(dòng)效果也適得其反。對(duì)肌肉疲勞程度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有助于預(yù)防這一問(wèn)題。肌肉疲勞可以對(duì)人體肌肉最大自主收縮能力起一定降低作用，人體肌肉在長(zhǎng)時(shí)間劇烈運(yùn)動(dòng)后會(huì)產(chǎn)生肌肉疲勞的不適感，如酸痛乏力等[1]。通過(guò)電子元件與傳統(tǒng)瑜伽服的結(jié)合，能實(shí)時(shí)顯示肌肉疲勞程度。智能瑜伽服不僅要起到基本的著裝作用，對(duì)運(yùn)動(dòng)本身的控制和動(dòng)作矯正等智能化研究也要朝著舒適、環(huán)保、時(shí)尚的方向發(fā)展，同時(shí)要考慮專業(yè)化和個(gè)人化。提高著裝舒適性已成為研究的一大熱點(diǎn)課題。

1 智能瑜伽服材料

瑜伽服的面料不僅要親膚舒適，還要透氣吸濕。市場(chǎng)上常見的瑜伽服面料主要有錦綸、氨綸和聚酯纖維混紡，其中，氨綸成分占10.0%～30.0%，聚酯纖維占60.0%～80.0%[2]。加拿大運(yùn)功品牌Lululemon研發(fā)的Luon面料，屬于高科技聚酯纖維，比全棉的吸水性更好，全棉可以吸收相當(dāng)于面料質(zhì)量7.0%的水分，普通聚酯纖維僅吸收0.4%，并且全棉吸水后，水分停留在面料上，使得面料濕重，降低舒適度。國(guó)內(nèi)迷尚瑜伽服公司通過(guò)面料研發(fā)，采用專門的黏纖技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行了專門的織物蛋白纖維與動(dòng)物蛋白纖維提取，形成了新的迷尚瑜伽服面料cool-dry。該面料采用提純工藝處理棉纖維以及其他天然纖維，使用科學(xué)工藝去除雜質(zhì)，對(duì)纖維進(jìn)行拉伸，把纖細(xì)、潔白、綿長(zhǎng)的絲狀物提煉出來(lái)，經(jīng)過(guò)加工處理后制成綠色紡織纖維。有學(xué)者研究了服裝結(jié)構(gòu)對(duì)瑜伽服舒適性的影響，選定了各項(xiàng)性能指標(biāo)均較好的錦綸加氨綸仿針織面料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，在后期研究中得到面料較厚的反饋。青島新維紡織根據(jù)北京服裝學(xué)院張大省等[3]的新發(fā)明專利，在原有聚酯聚合物中無(wú)規(guī)則的基礎(chǔ)上嵌入親水基團(tuán)和柔軟鏈段，開發(fā)出低碳環(huán)保的改良版滌綸。作為新型紡織纖維產(chǎn)品，該材料具有水動(dòng)力特征差的特點(diǎn)，并且具有良好的導(dǎo)濕性和滲透性。

目前，智能瑜伽服中所用的紗線已在多個(gè)領(lǐng)域使用，為傳感器與服裝的結(jié)合提供了更大的空間。隨著一些高性能新型導(dǎo)電紗線的研發(fā)，如銅絲和不銹鋼微絲等由金屬牽伸而成的單絲、鍍銀錦綸、銅纖維、腈毛導(dǎo)電紗，以錦綸作為基體的黑色導(dǎo)電纖維—碳黑纖維、碳灰纖維等，為傳感器的發(fā)展改良提供了更多的選擇思路和空間柔性。近日，在專家的指導(dǎo)下，山東岱銀紡織服裝研究院首次推出新型抗靜電織物專用導(dǎo)電紗線產(chǎn)品[4]。該產(chǎn)品采用自主研發(fā)的工藝技術(shù)，具有生產(chǎn)效率高、綜合成本低、成品卷裝大、無(wú)接頭等優(yōu)勢(shì)。張岑岑等[5]利用14.0 tex滌綸/棉/碳黑（T/C/CB 65/35/20D3F）復(fù)合導(dǎo)電紗作為經(jīng)紗，設(shè)計(jì)了一款以平紋地經(jīng)起花為組織的混紡導(dǎo)電纖維面料。趙紅等[6]通過(guò)無(wú)鈀化學(xué)鍍方法在氨綸包芯紗上沉積鎳層，制備出可拉伸的導(dǎo)電紗線。李潔瓊等[7]通過(guò)對(duì)鍍銀導(dǎo)電紗線進(jìn)行功能性分析，運(yùn)用針織組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并集成可穿戴智能控溫系統(tǒng)，采用22.0 tex鍍銀導(dǎo)電紗線及35.7 tex×2（28 Nm/2）的羊毛、腈綸混紡紗（50∶50），在12針/25.4 mm龍星雙針床電腦橫機(jī)上，開發(fā)一款一體成形智能電加熱針織毛衫。

2 智能瑜伽服結(jié)構(gòu)

在智能瑜伽服設(shè)計(jì)中，服裝舒適性和功能性難以平衡。服裝加入監(jiān)控肌肉疲勞狀態(tài)這一功能，需使用外接電路板和傳感器。服裝外接電子元件后，穿著者活動(dòng)不便，難以進(jìn)行瑜伽運(yùn)功。瑜伽服整體和細(xì)部的設(shè)計(jì)基本圍繞這一問(wèn)題展開。

2.1 整體設(shè)計(jì)優(yōu)化

瑜伽是一項(xiàng)動(dòng)作幅度較大的運(yùn)動(dòng)，瑜伽服設(shè)計(jì)既要保證人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的約束力不過(guò)分強(qiáng)，又要保證能給肌肉一定的壓力。目前，市面上的瑜伽服最常見的問(wèn)題就是頸部領(lǐng)口和腋下松散、胸部的合體性不夠、腹部的貼合度不強(qiáng)、衣服不固定容易上滑等[8]。解決這些問(wèn)題主要從服裝結(jié)構(gòu)和面料成分著手。

翟無(wú)憂[9]對(duì)款式相同、功能性分區(qū)設(shè)計(jì)和分區(qū)結(jié)構(gòu)面料不同的瑜伽服進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，得出以下結(jié)論：瑜伽服的熱濕舒適性與結(jié)構(gòu)分區(qū)以及面料關(guān)系密切，在背部結(jié)構(gòu)相同的情況下，舒適性最優(yōu)的瑜伽服面料是進(jìn)行結(jié)構(gòu)分區(qū)并替換分區(qū)結(jié)構(gòu)的面料。焦振楠[10]根據(jù)服裝構(gòu)成理論和人穿著瑜伽上衣時(shí)的壓力值等特點(diǎn)，對(duì)上衣進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)壓力的大小進(jìn)行預(yù)測(cè)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使貼體瑜伽上衣的壓力舒適性得到了平衡。

在瑜伽運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，人體肩部活動(dòng)范圍較大，在手臂張開和閉合的狀態(tài)下都會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形。當(dāng)舉起手臂時(shí)，瑜伽服形變量較大，較大壓力作用于手臂。在服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用插肩袖設(shè)計(jì)可盡量減少人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)瑜伽動(dòng)作的阻力[11]。

大多數(shù)面料在瑜伽運(yùn)動(dòng)過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)收縮拉伸形變，傳感器的排線應(yīng)盡量避開拉伸量較大的身體部位，以提升服裝的穩(wěn)定性和舒適性。通過(guò)面料成分的配比改變面料的性能，進(jìn)而改善服裝穿著體驗(yàn)。

2.2 智能配件引入

智能服裝應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要有傳感技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸、處理與存儲(chǔ)技術(shù)，智能纖維與紡織品三大類[12]。其中，智能服裝實(shí)現(xiàn)智能化的關(guān)鍵是傳感技術(shù)，這一技術(shù)能將人和機(jī)器連接起來(lái)[13]。目前，傳感器技術(shù)的發(fā)展方向由微型化轉(zhuǎn)向了柔性化，更加適合與服裝的結(jié)合。

肌電信號(hào)（Electromyography，EMG）是在時(shí)間和空間上眾多肌纖維中運(yùn)動(dòng)單元電位（MUAP）的疊加。皮膚表面的綜合活動(dòng)由淺層肌肉EMG和神經(jīng)干上電活動(dòng)產(chǎn)生的表面肌電信號(hào)（Surface Electromyography，sEMG）反映。sEMG與針電極EMG相比，在測(cè)量方式上具有非侵入性、操作簡(jiǎn)單并且對(duì)人體無(wú)創(chuàng)傷的優(yōu)點(diǎn)?；趕EMG信號(hào)的肌疲勞分析重點(diǎn)在于線下數(shù)據(jù)處理與分析，有學(xué)者通過(guò)肌肉纖維傳導(dǎo)速度實(shí)現(xiàn)評(píng)估局部肌疲勞的功能，此低功耗可穿戴設(shè)備同時(shí)也可改善肌疲勞分析系統(tǒng)穿戴不便的問(wèn)題；還有學(xué)者設(shè)計(jì)了一款可穿戴設(shè)備，能夠基于sEMG信號(hào)頻域參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)肌疲勞；郭旻[14]通過(guò)計(jì)算sEMG信號(hào)的積分肌電值和中值頻率來(lái)分析肌肉疲勞狀態(tài)；糜超等[15]利用sEMG信號(hào)參數(shù)的時(shí)域特征值，通過(guò)機(jī)器分類識(shí)別是否為肌疲勞狀態(tài)。該類可穿戴設(shè)備大多應(yīng)用于醫(yī)院，日常適用性不高。盡管目前基于sEMG信號(hào)的肌疲勞分析研究已有一定進(jìn)展，但對(duì)實(shí)現(xiàn)局部肌肉疲勞實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析的研究成果較少，且未在服裝領(lǐng)域得到充分應(yīng)用。

國(guó)內(nèi){ED0039}六導(dǎo)聯(lián)肌肉電模塊，包括前端的模擬電路采集與后端的熟悉信號(hào)濾波處理。前端采集電路通過(guò)1～6通道采集人體核心力量區(qū)域肌肉電信號(hào)，將EMG信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的放大與濾波，中端可通過(guò)開關(guān)輸出信號(hào)，后端采用與六導(dǎo)聯(lián)肌肉點(diǎn)模塊配套的開發(fā)套件采集中端的輸出信號(hào)，控制發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）燈，實(shí)現(xiàn)由LED燈快速參考EMG信號(hào)強(qiáng)度。運(yùn)用六導(dǎo)肌肉電傳感器套件，將傳感器通過(guò)電極片與人體肌肉相連，捕捉肌肉產(chǎn)生的EMG信號(hào)。連入程序轉(zhuǎn)化為多個(gè)脈沖，肌肉活動(dòng)越強(qiáng)，程序向電腦發(fā)送的脈沖越多。另外，相比于其他通道數(shù)量較小的傳感器，六通道具有高效采集的優(yōu)勢(shì)，有助于后期數(shù)據(jù)的比較處理。

sEMG為基于可監(jiān)測(cè)肌肉疲勞功能的瑜伽服提供了有效的數(shù)據(jù)反饋，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)揮無(wú)創(chuàng)傷、非侵入人體的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能[16]。加入預(yù)警傳感器，可以智能自主地對(duì)外界刺激作出調(diào)節(jié)反饋，實(shí)現(xiàn)瑜伽服智能化。

3 智能瑜伽服評(píng)價(jià)方法

隨著生活水平的提升和健康意識(shí)的強(qiáng)化，人們對(duì)瑜伽服舒適性的要求日益提高。瑜伽服的舒適性可以分為熱濕舒適性、接觸舒適性和視覺舒適性。其中，熱濕舒適性是研究中常用來(lái)評(píng)價(jià)瑜伽服舒適性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

3.1 主觀評(píng)價(jià)

服裝熱濕舒適性的主觀評(píng)價(jià)是指受試者穿著不同的服裝在不同溫濕度環(huán)境下，對(duì)服裝舒適性指標(biāo)進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。

林溫妮等[17]分析不同服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作材料對(duì)鞋墊舒適性的影響，使用鞋墊舒適性主觀評(píng)價(jià)方法，指出綜合生理學(xué)和心理學(xué)評(píng)價(jià)可得到較為可靠的評(píng)價(jià)結(jié)果。Fanger[18]在研究中使用語(yǔ)義差異標(biāo)尺法。語(yǔ)義差異標(biāo)尺法由一系列兩極比例標(biāo)尺指標(biāo)構(gòu)成，每個(gè)標(biāo)尺指標(biāo)都是由一組兩級(jí)詞組成，分別限定于若干分開條目的5～7個(gè)比例標(biāo)尺上。Fanger根據(jù)預(yù)期平均評(píng)價(jià)和預(yù)期不滿意率指標(biāo)建立了新的熱濕舒適性標(biāo)尺，該標(biāo)尺為《ISO 7730 舒適熱環(huán)境條件—表面熱舒適程度的PMV和PPD指標(biāo)》奠定了基礎(chǔ)。

3.2 客觀評(píng)價(jià)

服裝熱濕舒適性的客觀測(cè)試是利用各種指標(biāo)的定量測(cè)試結(jié)果來(lái)反映這一概念。孫岑文捷等[19]每隔5分鐘對(duì)耳道溫度、皮膚溫度、心率、出汗量、蒸發(fā)率以及前后軀干衣下濕度進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)3種面料的對(duì)比得出，具有通風(fēng)孔設(shè)計(jì)的服裝能顯著促進(jìn)人體汗液蒸發(fā)，降低衣下濕度。郝存英[20]對(duì)體核溫、心率、平均皮膚溫度等進(jìn)行客觀測(cè)評(píng)，研究表明運(yùn)動(dòng)文胸的穿著形成不同的衣下空氣層，導(dǎo)致軀干各局部位置皮膚溫度變化存在差異，襯墊的選擇直接影響了胸部皮膚溫度的降低幅度，進(jìn)而影響熱濕舒適性。吳夢(mèng)琪等[21]運(yùn)用模糊綜合法對(duì)面料的熱濕舒適性能進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，吸濕速干滌綸纖維和咖啡碳纖維作為面紗時(shí)，織物具有良好的吸濕速干性；平針組織、網(wǎng)眼組織織成的、以咖啡碳紗線為原料的織物熱濕舒適性綜合評(píng)價(jià)較好。研究結(jié)果為后續(xù)緊身運(yùn)動(dòng)無(wú)縫針織服裝的開發(fā)提供了參考，具有實(shí)際意義。舒適性是人體的主觀感覺，因此，客觀數(shù)據(jù)必須與主觀評(píng)價(jià)法結(jié)合，才可以準(zhǔn)確反映服裝的舒適性[22]。

4 結(jié)語(yǔ)

從服裝智能化的角度出發(fā)，圍繞瑜伽服的功能性和舒適性，從材料和服裝兩個(gè)層面，分析了研究現(xiàn)狀與進(jìn)程，為后續(xù)的進(jìn)一步研究提供參考。

瑜伽服的嵌入式電子元件和服裝結(jié)構(gòu)特點(diǎn)直接決定了服裝舒適性等性能，新型材料體積小、靈敏度高、異物感小，可大大提高瑜伽服的舒適性。

服裝性能優(yōu)化從服裝面料和結(jié)構(gòu)方面出發(fā)，分別作出目前研究領(lǐng)域的進(jìn)展分析。

服裝整體評(píng)價(jià)包括服裝功能性和舒適性評(píng)價(jià)，研究中經(jīng)常采用客觀測(cè)試與主觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，對(duì)服裝舒適性能進(jìn)行測(cè)評(píng)。