智能可穿戴产品的开发及应用现状

　　摘要：为促进国内可穿戴技术与智能纺织服装技术融合及产业化发展，通过详细阐述国内外可穿戴感知手套、可穿戴体育用品、特种用可穿戴设备、时尚性可穿戴设备特征以及在不同领域的应用情况，探讨智能可穿戴设备研发路径、方法以及在各领域产业化上存在的技术瓶颈。指出未来的智能可穿戴产品是集监测人体健康、信息传递、通信、人机交互等特定功能性和时尚性为一体的智能产品，并将形成以纤维类柔性材料为纽带，不同领域技术深度融合，满足和解决人类生活需求和探索太空需求的新兴产业。

　　关键词：智能纺织品;可穿戴技术;可穿戴设备;研究现状;产业发展

　　可穿戴技术是指将微电子设备和纺织服装结合生产出可直接穿戴产品的一项技术。据统计，全球可穿戴技术生产的相关设备的销售额从2012年的97亿美元增 长到2018年的336亿美元，年均复合增长率高达22.9%，从逐年显著上升的销售额可以看出[1]，可穿戴设备已成为移动互联网时代的主流趋势。

　　智能论文范例：智能化工程机械发展战略研究

　　可穿戴技术通过融合纺 织、材料、传感器、人工智能、互联网等技术[2-3]，对人体相关信息进行收集、处理和反馈，制备应用于纺织服装领域的智能可穿戴产品，实现监测人体健康、信息传递、通信、人机交互等特定功能，增加服装的功能性、舒适性和时尚性。可穿戴技术成为商业、医学、军事和航空航天等领域的研究热点[4-5]，尤其在可穿戴感知手套、可穿戴体育用品、特种用可穿戴设备、时尚性可穿戴设备等方向具有广阔的应用前景。

　　目前国内外市场上可穿戴产品的技术发展以科技公司带头开发为主，大部分产品以戴为主，如以可穿戴智能手环、手表、眼镜为主流的刚性设备，由于此类产品体积小，导致多功能可穿戴产品中传感器的安放空间和位置受到限制，进而导致其在特种领域(如医疗、航天、消防、体育等)的适用进程缓慢。本文对国外可穿戴技术在特定领域的研发进展和产业化进程进行系统叙述，对感知手套的行业应用、可穿戴技术的发展进程和产品应用进行分类，综述可穿戴设备的研究现状和最新进展。

　　可穿戴感知手套20世纪末，国外可穿戴技术已经简单应用于航天、军事、医疗等领域[6]，之后相继出现诸多产品，提升了公众对可穿戴技术的认知。随着智能材料、传感器技术和柔性电子学的快速发展，使得人体内外环境监测与预警、便携式医疗以及人机交互等智能穿戴应用得到全新发展。可穿戴感知手套就是一个典型事例，传感器作为其核心技术，在穿戴柔性和反应灵敏度等方面已满足大众要求，并且在国内外的研究应用过程中，根据使用需求被特定开发应用于生活、科研、医学等诸多方面[7-10]，这对感知手套的发展提供了更多可能性。感知手套和乐器联合是一种新型智能可穿戴设备。感知手套和计算机通过互联网连接，手套中传感器对钢琴弹奏者的手势状态进行实时感知和记录，再由内部软件进行分析，输出弹奏内容并对钢琴学习者提出指导性建议[12]。

　　同时，感知手套还提供了新的社交可能，聋哑人可通过不同手势与他人交流[13]，每个手势代表不同文字和笔画，意大利GiovanniSaggio教授的一名学生开发了一款人工智能算法手套[14]，用于学习聋哑人的各种手势，然后将这些手势转化成文字在显示器端输出。意大利GiovanniSaggio教授指出，宇航员的舱外工作是一项非常危险的工作，所以研究者尝试采用其他方法来操作空间站外部的设备，而不需要让宇航员暴露在舱外的风险中，研究得出，使用感知手套来操控舱外执行端设备[15]。

　　通过感知手套，宇航员可以控制距离自己非常远的物体，尤其是当操作的物体具有危险性，或者用手难以直接操作时，宇航员可以使用感知手套在舱内控制另一只舱外的机械仿生手在舱外进行作业。CAD软件对跨专业的学者来说通常使用困难，感知手套给出解决方案：感知手套学习定制化命令，通过手套触摸和软件连接的模型球，模拟图如图3所示，给予它动作信号，然后传送给CAD软件执行，当完成作品时可以通过一台3D或4D打印机打印出实物[16]，完成整个过程只需要几秒钟。利用感知手套进行人机交互相当于拥有了一只虚拟世界中的手，这对科研学者有更多的实际应用价值。

　　2可穿戴体育用品

　　随着科技和纺织品的融合发展，运动用的可穿戴设备成为一个前沿非常宽广的技术领域[19-20]。体育运动员的训练服和大众体育运动着装向功能化、科技化、人性化等方面不断发展，它们结合传感器技术、互联网技术收集数据以及评估运动员训练和比赛安全性[21-23]，成为可穿戴体育用纺织品的新发展方向。

　　3特种用可穿戴设备

　　目前在智能纺织品的开发过程中，针对特种需求，结合相应的电子技术及纺织材料，开发出了满足用户相应需求的可穿戴纺织品，如舒适性、安全性、消防用等。

　　3.1舒适安全的可穿戴设备

　　可穿戴脚部设备对足球运动员和跑步运动员的运动安全极其重要[26]，必须根据运动员脚部的变化实现同步完全贴合，以辅助作用保证运动员的运动过程。Nike公司开发了一款自适应BB鞋Flyknit，它不仅具有透气性和柔韧性，而且带衬垫的鞋舌和柔软的鞋跟方便进入，Cushlon泡沫中底是一种智能纤维[27]材料，提供柔软舒适的缓冲。Nike公司的Footmoov鞋带技术是目前可穿戴脚部设备的另一个发展方向，它可以通过电子设备让运动鞋完全贴合着装者的脚部曲线，还能智能地测量鞋子对地板的压力，从而判断穿着者适合走路还是跑步。

　　Nike公司开发的这两款鞋都可以使着装者的脚部舒适性得到明显的改善，由于技术复杂和产量低等原因，这两款产品成为柔性智能纺织品类[28]的定制产品。以安全为目的的可穿戴设备对民用出行安全极其重要。例如目前有一款将安全气囊置于摩托车骑手夹克里的产品，当发生安全事故时，夹克内的传感器会做出反应，气囊爆出将骑手包裹起来，对骑手的身体安全起到很好的保护作用。

　　4时尚性可穿戴设备

　　随着互联网的发展，衍生出虚拟现实技术，通过领域交叉应用，形成了特定行业应用[33-34]，如纺织行业应用的关于时尚VR和AR的可通用设备将虚拟现实和现实世界融合，这种通用设备以可穿戴形式应用于纺织行业，可以让大众消费者试穿任何衣服，这项技术被称为时尚之镜，它是由思科系统提出的一项技术。时尚之镜使用者点击喜欢的虚拟服装就可以实现试穿体验，这与传统服装店的体验有所不同，同时给零售商的仓库物品储备提供了新方案。时尚之镜也可以用低成本技术实现，微软研发的Kinect就是一个典型方案，微软为Xbox系列游戏机特制的传感器被结合用于Kinect中确定用户的身体特征，如当用户在街上看到一件特别的衬衫或裤子，想要购买同款服装的用户只需要运用此设备拍照扫描就可以在互联网上找到。

　　英国Curioscope公司开发的可穿戴纺织品给着装者的生活带来了无限乐趣，他们研发的Cutecircuit服装将LED放进服装中，根据着装者自己的感觉，着装者的外表可以在一瞬间改变。Sygnal公司开发了一款T恤os，os代表操作系统，这表明着装者本身就可以变成一台计算机，关注周围的环境并与之互动，理解并融入周围的环境中，T恤os具备照明、投影、交互等功能。

　　5结束语

　　从本文介绍的国内外多领域可穿戴产品事例中可以看出，目前可穿戴技术产品偏向于娱乐方面，有待进一步从多方面深入开发和产业化发展。未来国内可穿戴设备与纺织服装融合发展是必然趋势，形成以纺织业带头、多行业协同的格局，探讨研发适用于专用领域、大众领域的可穿戴设备，以此推动国内可穿戴技术和纺织业的发展。随着科技的发展进步和交叉领域的深度融合，相信未来可穿戴技术在国内专用领域如航空航天、军事等领域可以帮助解决实际性的技术难题，也会成为大众医疗、体育等领域不可或缺的一部分，从而促进服装的多元化发展。

　　参考文献

　　[1]刘凯琳，马磊，赵永霞.世界纺织版图与产业发展新格局(一)——欧洲篇[J].纺织导报，2019(1)：43-58.

　　[2]DUBALDP，CHODANKARNR，KIMDH，etal.Towardsflexiblesolid-statesupercapacitorsforsmartandwearableelectronics[J].ChemicalSocietyReviews，2018，47(6)：2065-2129.

　　[3]CASTANOLM，FLATAUAB.Smartfabricsensorsande-textiletechnologies：areview[J].SmartMaterialsandStructures，2014，23(5)：1-8.

　　[4]黄小民.可穿戴设备应用康复医学的研究[J].电子技术与软件工程，2019(11)：195-196

　　作者：席立锋1，周衡书1，2，张淳1，徐国强3，许艳1，刘亚博1