光明日?qǐng)?bào)記者詹媛光明日?qǐng)?bào)通訊員楊順喜

一件衣服可以感受到人體發(fā)出的警報(bào)，提高運(yùn)動(dòng)員的比賽成績(jī)，還可以彈出氣囊防止老人摔倒，使人不怕冷熱變化，保持人體的恒溫環(huán)境...這可能嗎有了機(jī)械摩擦，生物力學(xué)，材料科學(xué)等高科技加持，智能服裝讓這一切成為可能最近幾天，記者采訪了長(zhǎng)期致力于智能服裝研究的北京服裝學(xué)院教授劉莉等專家，請(qǐng)他們一起揭秘新型高科技服裝能給我們帶來哪些驚喜

能感受到人體微小的報(bào)警。

鍍銀纖維，記憶金屬纖維，導(dǎo)電纖維，這些新興的織物電子材料已經(jīng)融入到服裝中，并結(jié)合生理測(cè)量和軍事應(yīng)用，產(chǎn)生了大量的研究成果和成熟的智能服裝據(jù)劉莉介紹，智能服裝的研發(fā)最早源于軍事應(yīng)用，最典型的就是基于智能紡織品的機(jī)械外骨骼可是，時(shí)至今日，對(duì)智能服裝的研究早已不局限于軍事用途，智能服裝已經(jīng)出現(xiàn)在可穿戴健康檢測(cè)，提高競(jìng)技運(yùn)動(dòng)能力，智能生活，時(shí)尚科技等領(lǐng)域

其中，可穿戴健康檢測(cè)領(lǐng)域的智能服裝設(shè)備由中央處理器，生物傳感器等組成當(dāng)病人的血壓或血氧飽和度突然發(fā)生變化時(shí)，智能服裝的檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)接收并放大這些異常信號(hào)，過濾掉無關(guān)信號(hào)，然后傳導(dǎo)到中央處理器，中央處理器會(huì)呼叫救護(hù)車或采取其他治療措施

在用于健康檢查的可穿戴智能服裝中，很重要的一部分就是生物傳感器，它應(yīng)用了人機(jī)交互，智能傳感等先進(jìn)技術(shù)生物傳感器被嵌入衣服中，并在接近人體皮膚的地方工作它能敏銳地捕捉到你身體上的各種生物信號(hào)，然后把這些生物信號(hào)轉(zhuǎn)化成機(jī)器能識(shí)別的語(yǔ)言，發(fā)現(xiàn)細(xì)微的變化這就像隨身攜帶了一個(gè)家庭醫(yī)生，可以及時(shí)響應(yīng)來自身體的各種微小警報(bào)，做出相應(yīng)的診斷

在人們更加注重健康的環(huán)境下，佩戴便攜式家庭醫(yī)生非常受歡迎許多國(guó)家的許多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開展了用于健康檢測(cè)的可穿戴智能服裝的研發(fā)例如，早在2003—2009年，歐洲聯(lián)盟就支持了旨在通過預(yù)防和早期診斷防治心血管疾病的MyHeart項(xiàng)目的研發(fā)這個(gè)裝置被設(shè)計(jì)成看起來像一件背心衣服的一側(cè)有六個(gè)感應(yīng)點(diǎn)，分別位于胸部周圍，可以準(zhǔn)確感應(yīng)和采集穿著者心臟的相關(guān)數(shù)據(jù)

除了日常應(yīng)用，可穿戴健康檢測(cè)智能服裝還可以用于航空航天領(lǐng)域2011年，加拿大一家公司應(yīng)加拿大國(guó)家航天局的要求開發(fā)了Bio—Monitor項(xiàng)目，專門檢測(cè)宇航員的血壓，血氧飽和度，呼吸，運(yùn)動(dòng)等數(shù)據(jù)2019年應(yīng)用于太空這種衣服穿在航天員身上，可以直接接收太空傳來的數(shù)據(jù)，更快地進(jìn)行分析，不干擾航天員的日?；顒?dòng)，節(jié)省了專項(xiàng)健康檢查的時(shí)間

雖然這些可穿戴智能衣服有很多優(yōu)點(diǎn)，但是功耗高的問題也不容忽視為此，還有一個(gè)很好的辦法，就是把充電器穿在身上，那就是摩擦納米發(fā)電機(jī)這種發(fā)電機(jī)利用接觸起電和靜電感應(yīng)效應(yīng)，將穿戴者的低頻人體運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為高壓電輸出，從而實(shí)現(xiàn)從機(jī)械運(yùn)動(dòng)到交流電的能量轉(zhuǎn)換當(dāng)穿戴者行走和跑步時(shí)，該設(shè)備會(huì)收集摩擦產(chǎn)生的靜電，并將其提供給可穿戴健康檢測(cè)設(shè)施衣服容易摩擦的手臂內(nèi)側(cè)還放置了獨(dú)立電源，延長(zhǎng)待機(jī)時(shí)間，不用擔(dān)心設(shè)施耗盡這項(xiàng)技術(shù)目前可以應(yīng)用在可穿戴智能服裝上

可以提高競(jìng)技運(yùn)動(dòng)能力。

另一種智能服裝的開發(fā)致力于提高人體的運(yùn)動(dòng)能力如果你能通過技術(shù)提高1秒，那么你就永遠(yuǎn)不會(huì)通過訓(xùn)練這是英國(guó)國(guó)家自行車隊(duì)科研總監(jiān)埃格姆的一句名言對(duì)于當(dāng)前的世界競(jìng)技體育強(qiáng)國(guó)來說，高科技運(yùn)動(dòng)裝備已經(jīng)成為提高比賽成績(jī)的主要途徑之一最著名的一次是1998年長(zhǎng)野冬季奧運(yùn)會(huì)，荷蘭人穿著破鞋跟的冰鞋在1000米比賽中奪得金牌和銀牌游泳運(yùn)動(dòng)員菲爾普斯憑借他的鯊魚皮泳衣打破了多項(xiàng)世界紀(jì)錄他的泳衣模仿鯊魚皮的結(jié)構(gòu)鯊魚皮表面粗糙的V型褶皺，可以大大減少水流的摩擦，引導(dǎo)周圍的水流，減少水阻力，提高游泳速度3% ~ 7.5%

就競(jìng)技運(yùn)動(dòng)服的科技含量而言，中國(guó)并不占優(yōu)勢(shì)為了提高中國(guó)競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)服裝的質(zhì)量，面對(duì)北京冬奧會(huì)，劉莉隊(duì)從源頭做起，從面料的研發(fā)，到服裝的結(jié)構(gòu)，再到整體服裝，運(yùn)動(dòng)員測(cè)試，兩年的整體經(jīng)驗(yàn)

以減阻服為例這種服裝從材料端到成衣是一個(gè)很長(zhǎng)的鏈條制作減阻服時(shí)，首先要應(yīng)用壓差減阻的機(jī)理這要從空氣動(dòng)力學(xué)的數(shù)字仿真分析入手，通過CFD算法分析空氣阻力，從而為設(shè)計(jì)服裝的結(jié)構(gòu)提供依據(jù)

接下來，我們需要編織減阻織物冰雪運(yùn)動(dòng)需要微結(jié)構(gòu)的減阻織物首先，通過計(jì)算機(jī)模擬成型，3D打印和膠印制作出具有凹坑機(jī)制的織物對(duì)凹坑的深度和密度進(jìn)行了系列研究，甚至通過激光雕刻在織物上雕刻出凹坑的形狀最終，冬奧會(huì)動(dòng)員們的制服采用了很多制造方法，保證了他們的性能

伴隨著高科技面料的出現(xiàn)，開始進(jìn)一步篩選面料和服裝結(jié)構(gòu)，這就需要為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)員開發(fā)大量的1∶1人體模型測(cè)試工具，而不是運(yùn)動(dòng)員在風(fēng)洞中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

劉莉說，風(fēng)洞曾經(jīng)是一種工程技術(shù)手段，專門應(yīng)用于飛機(jī)，汽車，建筑制造等工程領(lǐng)域，但在運(yùn)動(dòng)服裝上很少使用這也是中國(guó)首次利用風(fēng)洞訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)員和研制設(shè)備

劉莉的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了1000多個(gè)小時(shí)的風(fēng)洞試驗(yàn)冰雪運(yùn)動(dòng)最重要的阻力是空氣阻力通過減少空氣阻力，運(yùn)動(dòng)員可以在相同的驅(qū)動(dòng)力下達(dá)到更高的速度從技術(shù)上講，服裝減阻可以分為兩個(gè)方向:運(yùn)動(dòng)員姿態(tài)減阻和器材減阻姿勢(shì)減阻是通過不參與用力的運(yùn)動(dòng)員的某些肢體和姿勢(shì)來減少整個(gè)人的形狀阻力，或者叫壓阻服裝減阻分為壓力阻力和摩擦阻力兩部分一些橫臥運(yùn)動(dòng)，如鋼制雪地車和雪橇，可能包含一些摩擦阻力

設(shè)計(jì)師主要是調(diào)整服裝的表面形態(tài)，設(shè)計(jì)服裝表面的微結(jié)構(gòu)來干擾局部阻力，將其局部雷諾數(shù)提高到臨界雷諾數(shù)以上雷諾數(shù)是描述湍流狀態(tài)的常數(shù)其特點(diǎn)是當(dāng)雷諾數(shù)增加到臨界雷諾數(shù)時(shí)，其阻力系數(shù)會(huì)有顯著變化目前通過提高雷諾數(shù)可以達(dá)到5% ~ 10%的減阻效果

最終這些服裝在很多指標(biāo)上都超過了海外訂購(gòu)的服裝，也就是說自主研發(fā)的運(yùn)動(dòng)服與國(guó)外最新的運(yùn)動(dòng)服相比，明顯優(yōu)于海外的運(yùn)動(dòng)服在科技的幫助下，運(yùn)動(dòng)員的服裝有了很大的改善這是機(jī)械摩擦，生物力學(xué)，材料科學(xué)等學(xué)科的結(jié)合，是集體研究的成果

可以防止老人摔倒，保持恒溫恒濕。

對(duì)于日常生活來說，智能衣服有哪些用途能不能做一件帶氣囊的衣服，防止老人摔倒，或者能不能穿一件恒溫的衣服，能讓衣服保持冷熱而不出汗

劉莉說，抗摔服和恒溫服是他們團(tuán)隊(duì)研發(fā)的智能服裝跌倒對(duì)老年人的健康甚至生命都有很大的影響在老年人防跌倒服裝方面，劉莉的團(tuán)隊(duì)與航空航天領(lǐng)域的專家合作，進(jìn)行相關(guān)研發(fā)航天專家進(jìn)行氣囊彈射算法，劉莉團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)服裝的整體功能設(shè)計(jì)，使其更加便捷和成熟

對(duì)于恒溫服裝，與劉莉合作的天津工業(yè)大學(xué)教授劉皓表示，溫度和濕度是相關(guān)的參數(shù)如果溫度高，濕度大，人的體驗(yàn)會(huì)很差因此，要制作恒溫恒濕服裝，可以使用吸濕速干纖維，降低服裝內(nèi)部的濕度，提高穿著的舒適性

另一個(gè)方面是平衡溫度要保暖，環(huán)境溫度低的時(shí)候需要升溫，高的時(shí)候需要降溫取暖的方式有很多種，比如通過電熱元件釋放熱量，保持人體溫度穩(wěn)定另外還有降溫服，在高溫環(huán)境下可以吸收陽(yáng)光，從而降低體溫，反過來穿也可以提高體溫在降溫方面，另一種方法是水冷，通過水管降溫，但這樣會(huì)造成衣物體積或重量增大，影響穿著的舒適性另一種是通過半導(dǎo)體制冷片來降低溫度，但問題是制冷的同時(shí)，制冷片的另一面在升溫，會(huì)消耗更多的能量另外還有風(fēng)冷，就是安裝一個(gè)風(fēng)扇來冷卻服裝內(nèi)部但總的來說，目前還沒有找到一個(gè)特別好的方案，可以讓衣物舒適，方便，高效的降溫

劉皓說，未來可以從兩個(gè)方面著手首先是提高服裝面料的導(dǎo)熱性能二是設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)，讓服裝快速導(dǎo)熱但是，溫度的升降只能在有限的范圍內(nèi)目前這項(xiàng)研究的阻力在于，在一些極端低溫環(huán)境下，織物吸收或反射的紅外光可能達(dá)不到恒溫的要求，尤其是在零下20℃甚至零下40℃~50℃的環(huán)境下在極寒條件下，目前能想到的處理方法是提高服裝材料的熱阻，通過外界能量的輸入，使人體與服裝之間的溫度保持恒定保溫方面，目前主要是通過發(fā)熱片加熱，但目前的技術(shù)水平還不能實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，必須手動(dòng)調(diào)節(jié)溫度

期待更輕便，可折疊，可隨意清洗。

在劉莉看來，未來智能服裝的發(fā)展，仍然存在技術(shù)和設(shè)計(jì)如何協(xié)調(diào)融合的問題作為研究人員，在專注于技術(shù)突破的同時(shí)，不一定能從消費(fèi)者的需求出發(fā)做更多的事情可是，服裝設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，以盈利為第一要?jiǎng)?wù)，缺乏創(chuàng)新和遠(yuǎn)見

具體來說，在科學(xué)研究中，應(yīng)用于智能服裝的智能材料要結(jié)合紡織品的耐洗性和耐久性以及電子產(chǎn)品的智能化，這就需要開發(fā)更小型化，更柔性的電子元器件當(dāng)這樣的電子元件更好地集成到紡織品中，就可以避免電子設(shè)備因反復(fù)使用或洗滌而造成的磨損和老化同時(shí)，R&D人員要注重開發(fā)減輕用戶穿著負(fù)擔(dān)的產(chǎn)品，將智能由重到輕，由有形到無形，由有感覺到無感覺，真正與服裝本身融為一體，可以隨意折疊洗滌，像普通衣服一樣易于打理

另一個(gè)突出的問題是智能服裝的穩(wěn)定性和耐用性之前提到的附著在衣服上的納米發(fā)電機(jī)有這樣一個(gè)問題——當(dāng)外界環(huán)境變得潮濕時(shí)，氧化鋅的導(dǎo)電性會(huì)變差，衣服的摩擦發(fā)電效率會(huì)大大降低根據(jù)消息顯示，負(fù)責(zé)納米發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的中科院外籍院士，中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)王忠林的研究團(tuán)隊(duì)正在研究一種方法，使這種發(fā)電纖維即使在潮濕的洗衣房里也能正常工作

此外，智能服裝的生產(chǎn)和使用如何做到綠色無污染，是需要考慮的問題目前，在大力倡導(dǎo)綠色經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)的矛盾中，智能服裝中使用的各種成分和智能服裝的加工生產(chǎn)都存在污染環(huán)境的有害因素同時(shí)，紡織品的回收也是一個(gè)棘手的問題在未來智能服裝的發(fā)展趨勢(shì)中，設(shè)施的供電方式由傳統(tǒng)的蓄電池向環(huán)保的光伏電源和壓電電源轉(zhuǎn)變是大勢(shì)所趨同時(shí)，智能服裝的所有部件和面料都要在后期高效回收

劉莉表示，智能服裝目前市場(chǎng)前景廣闊，但這一新興技術(shù)發(fā)展中的各種問題也不容忽視但她認(rèn)為，伴隨著電子電機(jī)，電腦軟件等技術(shù)的發(fā)展，智能服裝在不久的將來會(huì)普及