“衣智”——賦予紡織服裝新智能

摘 要：目前，智能可穿戴設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但是智能手表和手環(huán)作為其主流產(chǎn)品，存在較多缺陷?；诖耍卷?xiàng)目研發(fā)了智能服裝、智能紗線，旨在提供織物智能化服務(wù)。用戶穿上本項(xiàng)目自主研發(fā)的智能服裝，即可在手機(jī)APP上實(shí)時(shí)獲取自身的運(yùn)動(dòng)和生理數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)和生理信號(hào)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：智能服裝；健康監(jiān)測(cè)；運(yùn)動(dòng)輔助

1 作品介紹

作為目前智能可穿戴設(shè)備的主流產(chǎn)品，智能手表和手環(huán)存在很多缺陷。比如，由于生理信號(hào)來(lái)源僅為腕部，可測(cè)的健康指標(biāo)類(lèi)型受限；僅使用慣性傳感器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)信號(hào)檢測(cè)，靈敏度和特異度不理想。為此，本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了功能更強(qiáng)大、更能滿足消費(fèi)者需求的新型智能服裝產(chǎn)品，用戶在穿上智能服裝后可以在手機(jī)APP上實(shí)時(shí)獲取自身的運(yùn)動(dòng)和生理數(shù)據(jù)，對(duì)監(jiān)測(cè)人體健康、追蹤身體狀態(tài)具有指導(dǎo)意義。

本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一套智能服裝系統(tǒng)。在智能服裝內(nèi)側(cè)縫合內(nèi)襯形成布線通道，布線通道連接各處柔性傳感紗線并放置多通道信號(hào)采集器的口袋，在通道內(nèi)部布置柔性導(dǎo)電紗線。本項(xiàng)目利用多針?biāo)§o電紡絲、微流控紡絲等技術(shù)連續(xù)制備了多種可直接用作應(yīng)變傳感器的智能紗線，設(shè)計(jì)了雙重、三元、皮芯等特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，對(duì)智能紗線在服裝上的無(wú)痕集成技術(shù)進(jìn)行了探究，創(chuàng)新提出了一種自鎖針縫紉方法。最終構(gòu)建了由智能服裝、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和手機(jī)APP構(gòu)成的智能服裝系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了多款智能服裝產(chǎn)品。

2 技術(shù)原理

2.1 多針靜電紡紗裝置

本項(xiàng)目發(fā)明了一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，此裝置制備的納米纖維束可直接用于紡織加工。其優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，在超輕薄型紡織品、智能紡織品、傳感器及生物醫(yī)用材料領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

2.2 微流控同軸紡絲芯片

本項(xiàng)目發(fā)明了一種易拆卸、可調(diào)節(jié)的類(lèi)同軸針頭，可通過(guò)改變同軸針頭的內(nèi)外針尖距離來(lái)調(diào)節(jié)內(nèi)外相溶液相遇的位置；利用紡絲液在針頭內(nèi)部的預(yù)成型來(lái)調(diào)控最終纖維形態(tài)，可用于微流控紡絲、靜電紡絲和濕法紡絲等。

2.3 雙重/三元/皮芯傳感網(wǎng)絡(luò)

本項(xiàng)目通過(guò)同時(shí)在紗線內(nèi)部摻雜一維、二維和三維的導(dǎo)電納米材料的方式開(kāi)發(fā)了三元傳感網(wǎng)絡(luò)；以彈性聚合物為皮層、導(dǎo)電納米材料為芯層開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的中空皮芯結(jié)構(gòu)傳感網(wǎng)絡(luò)。正因?yàn)樵O(shè)計(jì)了特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，使得傳感紗線具有優(yōu)異、可調(diào)的性能。

2.4 傳感紗線集成技術(shù)

本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了一種在織物上集成傳感紗線的方法，是一種自鎖針縫紉針?lè)ǎ丛谄结樀拿總€(gè)針眼處添加一個(gè)回針鎖定柔性傳感紗線。使用自鎖針將傳感紗線縫入服裝布料解決了平針和回針的問(wèn)題，最大程度地將形變從服裝布料傳遞至傳感紗線，使傳感紗線輸出穩(wěn)定、靈敏的信號(hào)

3 項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

（1）本項(xiàng)目利用團(tuán)隊(duì)自主開(kāi)發(fā)的紡絲設(shè)備能夠全自動(dòng)一步連續(xù)生產(chǎn)卷裝的傳感紗線。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)使傳感紗線具有優(yōu)異、可調(diào)的性能。比如，探測(cè)范圍大、靈敏度高、線性度高、耐久性強(qiáng)，可感知多形式的應(yīng)變，對(duì)磨損、溫度、濕度、汗液和洗滌等都有良好的抗干擾能力，可直接進(jìn)行智能服裝的織造。

（2）本項(xiàng)目專(zhuān)注于智能紗線在服裝上的無(wú)痕集成技術(shù)，開(kāi)發(fā)了由智能服裝、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和手機(jī)APP構(gòu)成的智能服裝系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)服裝版型和傳感系統(tǒng)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，使得智能服裝整體外形美觀、穿著舒適、操作簡(jiǎn)單。

4 應(yīng)用前景

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速提升，利用可穿戴設(shè)備進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)已成為國(guó)家健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向之一。在政策支持、經(jīng)濟(jì)提升、科技進(jìn)步等多方力量推動(dòng)下，中國(guó)智能可穿戴設(shè)備行業(yè)的發(fā)展已呈井噴之勢(shì)，產(chǎn)品的智能化、健康化等特性越發(fā)明顯，促使醫(yī)學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)了巨大飛躍，讓“精準(zhǔn)醫(yī)療”變?yōu)榭赡堋Ｖ悄芸纱┐髟O(shè)備在面臨更高技術(shù)含量、更高附加值挑戰(zhàn)的同時(shí)，也孕育著增長(zhǎng)空間，未來(lái)將更加多元化和生態(tài)化。