智能服装，有多智能

光明日报记者詹媛光明日报通讯员杨顺喜

一件衣服可以感受到人体发出的警报，提高运动员的比赛成绩，还可以弹出气囊防止老人摔倒，使人不怕冷热变化，保持人体的恒温环境...这可能吗有了机械摩擦，生物力学，材料科学等高科技加持，智能服装让这一切成为可能最近几天，记者采访了长期致力于智能服装研究的北京服装学院教授刘莉等专家，请他们一起揭秘新型高科技服装能给我们带来哪些惊喜

能感受到人体微小的报警。

镀银纤维，记忆金属纤维，导电纤维，这些新兴的织物电子材料已经融入到服装中，并结合生理测量和军事应用，产生了大量的研究成果和成熟的智能服装据刘莉介绍，智能服装的研发最早源于军事应用，最典型的就是基于智能纺织品的机械外骨骼可是，时至今日，对智能服装的研究早已不局限于军事用途，智能服装已经出现在可穿戴健康检测，提高竞技运动能力，智能生活，时尚科技等领域

其中，可穿戴健康检测领域的智能服装设备由中央处理器，生物传感器等组成当病人的血压或血氧饱和度突然发生变化时，智能服装的检测系统会接收并放大这些异常信号，过滤掉无关信号，然后传导到中央处理器，中央处理器会呼叫救护车或采取其他治疗措施

在用于健康检查的可穿戴智能服装中，很重要的一部分就是生物传感器，它应用了人机交互，智能传感等先进技术生物传感器被嵌入衣服中，并在接近人体皮肤的地方工作它能敏锐地捕捉到你身体上的各种生物信号，然后把这些生物信号转化成机器能识别的语言，发现细微的变化这就像随身携带了一个家庭医生，可以及时响应来自身体的各种微小警报，做出相应的诊断

在人们更加注重健康的环境下，佩戴便携式家庭医生非常受欢迎许多国家的许多实验室已经开展了用于健康检测的可穿戴智能服装的研发例如，早在2003—2009年，欧洲联盟就支持了旨在通过预防和早期诊断防治心血管疾病的MyHeart项目的研发这个装置被设计成看起来像一件背心衣服的一侧有六个感应点，分别位于胸部周围，可以准确感应和采集穿着者心脏的相关数据

除了日常应用，可穿戴健康检测智能服装还可以用于航空航天领域2011年，加拿大一家公司应加拿大国家航天局的要求开发了Bio—Monitor项目，专门检测宇航员的血压，血氧饱和度，呼吸，运动等数据2019年应用于太空这种衣服穿在航天员身上，可以直接接收太空传来的数据，更快地进行分析，不干扰航天员的日常活动，节省了专项健康检查的时间

虽然这些可穿戴智能衣服有很多优点，但是功耗高的问题也不容忽视为此，还有一个很好的办法，就是把充电器穿在身上，那就是摩擦纳米发电机这种发电机利用接触起电和静电感应效应，将穿戴者的低频人体运动转化为高压电输出，从而实现从机械运动到交流电的能量转换当穿戴者行走和跑步时，该设备会收集摩擦产生的静电，并将其提供给可穿戴健康检测设施衣服容易摩擦的手臂内侧还放置了独立电源，延长待机时间，不用担心设施耗尽这项技术目前可以应用在可穿戴智能服装上

可以提高竞技运动能力。

另一种智能服装的开发致力于提高人体的运动能力如果你能通过技术提高1秒，那么你就永远不会通过训练这是英国国家自行车队科研总监埃格姆的一句名言对于当前的世界竞技体育强国来说，高科技运动装备已经成为提高比赛成绩的主要途径之一最著名的一次是1998年长野冬季奥运会，荷兰人穿着破鞋跟的冰鞋在1000米比赛中夺得金牌和银牌游泳运动员菲尔普斯凭借他的鲨鱼皮泳衣打破了多项世界纪录他的泳衣模仿鲨鱼皮的结构鲨鱼皮表面粗糙的V型褶皱，可以大大减少水流的摩擦，引导周围的水流，减少水阻力，提高游泳速度3% ~ 7.5%

就竞技运动服的科技含量而言，中国并不占优势为了提高中国竞技体育运动服装的质量，面对北京冬奥会，刘莉队从源头做起，从面料的研发，到服装的结构，再到整体服装，运动员测试，两年的整体经验

以减阻服为例这种服装从材料端到成衣是一个很长的链条制作减阻服时，首先要应用压差减阻的机理这要从空气动力学的数字仿真分析入手，通过CFD算法分析空气阻力，从而为设计服装的结构提供依据

接下来，我们需要编织减阻织物冰雪运动需要微结构的减阻织物首先，通过计算机模拟成型，3D打印和胶印制作出具有凹坑机制的织物对凹坑的深度和密度进行了系列研究，甚至通过激光雕刻在织物上雕刻出凹坑的形状最终，冬奥会动员们的制服采用了很多制造方法，保证了他们的性能

伴随着高科技面料的出现，开始进一步筛选面料和服装结构，这就需要为目标运动员开发大量的1∶1人体模型测试工具，而不是运动员在风洞中进行实验。

刘莉说，风洞曾经是一种工程技术手段，专门应用于飞机，汽车，建筑制造等工程领域，但在运动服装上很少使用这也是中国首次利用风洞训练运动员和研制设备

刘莉的团队进行了1000多个小时的风洞试验冰雪运动最重要的阻力是空气阻力通过减少空气阻力，运动员可以在相同的驱动力下达到更高的速度从技术上讲，服装减阻可以分为两个方向:运动员姿态减阻和器材减阻姿势减阻是通过不参与用力的运动员的某些肢体和姿势来减少整个人的形状阻力，或者叫压阻服装减阻分为压力阻力和摩擦阻力两部分一些横卧运动，如钢制雪地车和雪橇，可能包含一些摩擦阻力

设计师主要是调整服装的表面形态，设计服装表面的微结构来干扰局部阻力，将其局部雷诺数提高到临界雷诺数以上雷诺数是描述湍流状态的常数其特点是当雷诺数增加到临界雷诺数时，其阻力系数会有显著变化目前通过提高雷诺数可以达到5% ~ 10%的减阻效果

最终这些服装在很多指标上都超过了海外订购的服装，也就是说自主研发的运动服与国外最新的运动服相比，明显优于海外的运动服在科技的帮助下，运动员的服装有了很大的改善这是机械摩擦，生物力学，材料科学等学科的结合，是集体研究的成果

可以防止老人摔倒，保持恒温恒湿。

对于日常生活来说，智能衣服有哪些用途能不能做一件带气囊的衣服，防止老人摔倒，或者能不能穿一件恒温的衣服，能让衣服保持冷热而不出汗

刘莉说，抗摔服和恒温服是他们团队研发的智能服装跌倒对老年人的健康甚至生命都有很大的影响在老年人防跌倒服装方面，刘莉的团队与航空航天领域的专家合作，进行相关研发航天专家进行气囊弹射算法，刘莉团队负责服装的整体功能设计，使其更加便捷和成熟

对于恒温服装，与刘莉合作的天津工业大学教授刘皓表示，温度和湿度是相关的参数如果温度高，湿度大，人的体验会很差因此，要制作恒温恒湿服装，可以使用吸湿速干纤维，降低服装内部的湿度，提高穿着的舒适性

另一个方面是平衡温度要保暖，环境温度低的时候需要升温，高的时候需要降温取暖的方式有很多种，比如通过电热元件释放热量，保持人体温度稳定另外还有降温服，在高温环境下可以吸收阳光，从而降低体温，反过来穿也可以提高体温在降温方面，另一种方法是水冷，通过水管降温，但这样会造成衣物体积或重量增大，影响穿着的舒适性另一种是通过半导体制冷片来降低温度，但问题是制冷的同时，制冷片的另一面在升温，会消耗更多的能量另外还有风冷，就是安装一个风扇来冷却服装内部但总的来说，目前还没有找到一个特别好的方案，可以让衣物舒适，方便，高效的降温

刘皓说，未来可以从两个方面着手首先是提高服装面料的导热性能二是设计一种结构，让服装快速导热但是，温度的升降只能在有限的范围内目前这项研究的阻力在于，在一些极端低温环境下，织物吸收或反射的红外光可能达不到恒温的要求，尤其是在零下20℃甚至零下40℃~50℃的环境下在极寒条件下，目前能想到的处理方法是提高服装材料的热阻，通过外界能量的输入，使人体与服装之间的温度保持恒定保温方面，目前主要是通过发热片加热，但目前的技术水平还不能实现智能调节，必须手动调节温度

期待更轻便，可折叠，可随意清洗。

在刘莉看来，未来智能服装的发展，仍然存在技术和设计如何协调融合的问题作为研究人员，在专注于技术突破的同时，不一定能从消费者的需求出发做更多的事情可是，服装设计师在设计产品时，以盈利为第一要务，缺乏创新和远见

具体来说，在科学研究中，应用于智能服装的智能材料要结合纺织品的耐洗性和耐久性以及电子产品的智能化，这就需要开发更小型化，更柔性的电子元器件当这样的电子元件更好地集成到纺织品中，就可以避免电子设备因反复使用或洗涤而造成的磨损和老化同时，R&D人员要注重开发减轻用户穿着负担的产品，将智能由重到轻，由有形到无形，由有感觉到无感觉，真正与服装本身融为一体，可以随意折叠洗涤，像普通衣服一样易于打理

另一个突出的问题是智能服装的稳定性和耐用性之前提到的附着在衣服上的纳米发电机有这样一个问题——当外界环境变得潮湿时，氧化锌的导电性会变差，衣服的摩擦发电效率会大大降低根据消息显示，负责纳米发电机设计的中科院外籍院士，中科院北京纳米能源与系统研究所所长王忠林的研究团队正在研究一种方法，使这种发电纤维即使在潮湿的洗衣房里也能正常工作

此外，智能服装的生产和使用如何做到绿色无污染，是需要考虑的问题目前，在大力倡导绿色经济和可持续发展，建设环境友好型社会的矛盾中，智能服装中使用的各种成分和智能服装的加工生产都存在污染环境的有害因素同时，纺织品的回收也是一个棘手的问题在未来智能服装的发展趋势中，设施的供电方式由传统的蓄电池向环保的光伏电源和压电电源转变是大势所趋同时，智能服装的所有部件和面料都要在后期高效回收

刘莉表示，智能服装目前市场前景广阔，但这一新兴技术发展中的各种问题也不容忽视但她认为，伴随着电子电机，电脑软件等技术的发展，智能服装在不久的将来会普及