《电子智能服装概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子智能服装概述（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子智能纺织品的概述摘要 ：先进的纺织技术，计算机工程和材料科学促进了新型功能纺织品的发展。服装设计师把电线和光导纤维加入传统纺织品中，使衣服可以在黑暗中发光或者发热保暖。同时，电子工程师把导线和传感器植入衣服中，用来记录使用者的行踪和对外界环境刺激的反应。文章介绍了电子智能纺织品的概念及发展阶段，对其在医疗、娱乐、体育、军事等方面的应用做了简单介绍，并探索目前电子智能纺织品在基础研究和产业研究方面的局限性，最后对电子智能纺织品未来发展方向进行了思考。关键字 智能纺织品 发展 应用前言进入新世纪以来随着社会经济的进步、科学技术的发展和生活水平的提高，作为与人类密切相关的纺织品已不仅仅只具有御寒
2、、保暖和视觉美观的功能，人们对纺织品的功能性、智能性有了更高的要求。纺织品正朝着多功能化、智能化、电子化方向发展，同时也扩大了电子信息技术的应用领域，智能纺织品则是纺织领域和纺织品设计领域的研究热点。电子智能纺织品作为智能纺织品的一种 ，是电子技术与现代纺织技术融合的新型智能纺织品1。近几年来，国外许多纺织研发机构开始致力于电子信息智能纺织品的研发，美国、日本、欧洲和比利时等一些国家在这方面的研究已处于领先地位，他们现已开发的大多电子信息智能纺织品，将柔性电子元件植入纺织品内部，传感器、柔性纺织开关、柔性电子线路板、导电纱线等与纺织品融为一体。然而，电子智能纺织品目前基本停留在产品开发阶段，电
3、子智能纺织品的理论研究也尚未形成体系。探索电子智能纺织品在基础研究和产业研究方面的局限性 ，最终提出电子智能服装的发展方向，其研究结果对今后的理论研究或产品开发起到重要作用2。1. 电子智能纺织品的概念及发展阶段11 电子智能纺织品的概念电子智能纺织品是智能纺织品中比较特殊的一类纺织品，它不只是电子组件及电子电路与纺织品结合，而是基于电子技术，将传感、通讯、人工智能等高科技手段应用于纺织技术上而开发出的新型纺织品，它是把电子组件及电子电路以纺织品形态呈现，导电性纱线可用来传输电流及讯号，而导电性织物可作为电容器、传感器、加热器等。它可以收集机密信息、监控重要的统计数据，并把这些信息通过无线远程
4、输手段作进一步处理3。1.2电子智能纺织品的发展阶段最早的电子智能纺织品采用的是传统的面料和一些普通的电子元件，如传感器、电阻、二极管、芯片等通过对面料和服装结构的设计把电子元件附加在纺织品或服装上。1997年，飞利浦公司和Levi 公司成功地创造出世界上第一套可穿戴电子智能服装，此套智能服装包含了娱乐(诸如音乐)以及通信(诸如移动电话)的功能，但这套服装不可以折叠、也不可以洗涤。此外，在制作上基本只能以手工操作的方式进行，不便于大规模商业化生产，导致这类服装成本高昂。由于传统的电子元件如刚性印刷电路植入服装内会造成不舒适感，电路不能随着织物一起变形。另外，在不移除电子元件的情况下也无法方便地
5、对衣物进行清洁。因此近年来科学家尝试将电路植入织物中，使其能像织物一样产生形变，甚至可清洗，这样也具备了很高的集成度。随之，电子智能纺织品的发展迈向了第二个阶段。把传感器、处理器、存储器等电子元件微化，将其与纤维结合，制作成特种纤维，如导电纤维等，再用这些特种纤维编织成面料，制作成服装。通过这种方式做成的服装，根据使用目的的不同，可以在纤维中加入不同的电子元件，从而使服装具有了不同的功能。 把具有传导性的光纤与一般纤维交织，变成了具有 感应装置的布料，通过这种方法可制成轻柔型感应装置或开关，服装的可穿性就大大提高。2002年，德国半导体设备制造商Infineon Technologies公司在
6、日本发布了可穿戴的“MP3播放夹克”。这种MP3播放夹克采用了可穿戴电子技术，将微电子芯片植入衣服纤维之中。2005年，德国半导体设备制造商 Infineon Technologies 公司改进了“MP3外衣”设计，MP3外套的左手前臂袖子多了一排“纺织键盘 ”，由电线连接的导电织品做成4。 2010年，英国Eleksen与Spyder公司一起开始销售带有 ElekTex电子织物嵌人物的运动服，ElekTex保持了传 统织物的性能，例如材料可以揉软、扭折和擦洗。普通的导电材料与服装材料织成的电子智能织品磨损很快，易脆，穿在身上不舒服。因此ProeTEX项目以创新的方式把自然纤维和纳米技术生产的
7、纤维结合在一起，制成的服装柔软且电流传导率大大提高。 虽然目前传导性纤维、纳米技术的发展已经使电子智能纺织品在纺织品的质地、外观以及穿着舒适性有了大幅度的提高，但是在电子智能纺织品成为电子产品与服装领域的消费主流之前，仍需克服很多问题，如灵活性、使用寿命、可洗性与稳定性，而成本也是重要的因素之一 5。2. 电子智能纺织品的应用随着人们对电子智能纺织品研究的深入，各种功能的产品已经被研发出来并且应用到生活中的各个领域，极大地提高了人们的生活质量。21 医用电子智能纺织品TacciniN 等人研究出了一种用于心肺疾病监测的智能内衣，这种内衣包含三个压阻织物传感器，通过无线蓝牙技术把电信号传给相应监
8、测的家人或医生，就可以得出病人的健康状况；美国太空总署艾姆斯研究中心研发出利用铜与氧化铜导线紧密交织织物，并且在这种面料的每个交织结合点上放置了纳米的铂金薄膜，从而形成抗阻存储电路。将纺织品与纳米电子技术结合 从而形成电子纺织品，可以监测老年人或在恶劣环境中工作人员的生命信号，如呼吸、 血压、脉搏、体温等数据，然后通过传感器技术将这些数据传送给医务工作者；Coyle等人利用聚吡咯开发出了一种织物弯曲传感器的手套，通过利用手指弯曲到手指伸直这一过程显示器图像的变化，我们可以用来评估人们身体各关节的运动，并且可以利用这种技术评估中风后身体肌肉的恢复情况，通过这种监测关节的弯曲的方式有望用于自动评定
9、病人身体恢复情况。瑞士一家公司研制的防止老年人摔倒的防撞服装及美国南加利福尼亚州 VivoMet rics健康信息与监测公司研制的几乎可以监测30多种生理变化的救生衬衫以及预防婴儿猝死综合症生命衣的开发以及其它一些医用保健电子智能纺织品的开发，如下图（1），极大地提高了人们对疾病的监测6。 图1智能服装（预防老人跌倒）22 娱乐用电子智能纺织品 Sunwoo等人利用FSB技术成功研究出了一种智能连帽外套，这种外套通过导电纱线把帽子和外套连接，内部由导电纱线缝上两个芯片，它们分别是光/感器和MP3播放器软件，当穿着者穿上连帽外套时，MP3播放器就会播放音乐，当脱下时，音乐就会停止，并且音乐音量会
10、随着周围环境的亮度变化而变化。当穿 着者在比较暗的环境中时，音乐音量会自动减小，当穿着者从黑暗环境中走出来 时，音乐音量又会恢复正常；香港理工大学利用聚吡咯涂层织物传感器开发出了一种跳舞衣，可以监测人肘部和膝部的传感器放在跳舞衣的肘部和膝部，当跳舞者动作变化时，传出的变化信号就会使相应连接电脑的音响传出相应的音乐。 23 体育用电子智能纺织品 随着竞技比赛的增多以及人们对自身的重视，对体育用电子 能纺织品的研究也逐渐增多。 Shirley Coyle等人研究出了一种测试人运动时呼吸速率的传感 器，它是把导电的聚吡咯涂在改性的海绵上，或用碳处理后制成传感器通过 、导电纱线与处理器连接，并通过无线
11、传输系统传到电脑上，进行分析判断。这种传 感器可以很好地反馈运动员的的训练耐力及训练效果，建议继续用同种方式训练还是改变训练方式以及是否适合继续训练。通过利用这种传感器改善呼吸方式对身体健康特别是压力过大者都是很有帮助的。 澳大利亚一个大学的研究人员利用可导电的聚合物传感器研究出了一种智能胸衣，这种智能胸衣可以监测人胸部的运动，根据胸部运动情况来自行调节背带的松紧以及罩杯的软硬情况，从而把胸衣调节到运动时的最舒适状态，这对喜爱运动的女性尤其是女性运动员都是相当有利的。拉普兰大学与一些机构合作，开发了一种包括罗盘、加速度计和全球定位系统 (GPS)等传感 器的滑雪运动服装。它可提供穿着者的运动情
12、况、健康信息及位置。如果穿着者不幸出现意外状况，它们会即时向监测穿着者情况的办公室发送其所在位置坐标和生理数据的信息，以便及时救援。24 军事用电子智能纺织品 电子智能纺织品应用最广泛的领域除了医疗领域就是军事领域。美国佐治亚州理工学院将塑料光纤植入衬衣，制成了一种智能衬衫，它可以协助医务工作者监测士兵的各项生理指标以便了解他们的身体情况，在战争中，如果穿着者被 子弹击中以致T恤出现破洞，T恤中的光信号便不能传至另一端，于是监测士兵状况的医务人员就会监测到已经受伤的士兵，并会通过了解周围情况及时安排救援；弗吉尼亚理工大学的研究人员设计出了一种声阵织物带，它可被装配在降落伞、帐篷或伪装网上并通过
13、内置的麦克风接收处理数据，并可将结果传输到外界或相应系统，这种织物带用于对军用车辆及坦克移动的侦查。嵌有生化、超微感应器的智能化作战服具有很多特殊功能，士兵的多项身体机能如血压、心率、体温等都可以通过它监测到，并可辨别止血位置然后自行止血，同时还能抵御火焰、化学试剂及其它战场灾难的侵害。我国对智能作战服也进行了深入研究，如在作战服中嵌 生化传感器用以监测士兵的心率、血压和体表温度等生命体征，甚至可通过嵌入超微感应器辨别伤者体表的出血部位，并在作战服中植入微电脑，结合远程控制技术使该部位周围的军服收缩，起到止血的功能；智能降落伞在跳 伞士兵失去控制能力时能够自动打开，并根据所检测到的空中和地面具
14、体情况改变飞行方向和速度等等。近日，欧洲航天局(ESA)与丹麦智能纺织品专业开发商Ohmatex公司签署了一份协议，将共同开发和测试一种智能袜子装置，以描绘大腿肌肉的代谢活动。该项目旨在开发一种特殊的袜子，即将近红外传感器和基于纺织品的EMG (肌电)电极进行集成，EMG传感器可通过织袜机或针织 横机与袜子进行结合，而近红外传感器NTE可能被塑于袜子上。Ohmatex公司将利用其丰富的纺织传感器开发经验评估找出最佳的开发方案。如果开发成功，将有助于监测和维护执行探月等航天任务的航天飞行员的健康，减少其肌肉受损的可能8。3. 电子智能纺织品的局限性电子智能纺织品要投入到大规模生产中，仍需解决许多
15、技术难题，需要在以下方面重点突破。需制定出统一而又为学术界公认的电子智能智能纺织品定义和划分标准。电子智能服装发展仍需在其灵活性、使用寿命、可洗性与稳定性、成本等方面增强科技力量研究，这也是其产业化和市场接受程度高低的关键所在。电子元件和纺织品的连接技术仍是难点。目前国内外开发的电子智能纺织品在人体穿着或工程应用方面离传统纺织品还有一定的差距，包括舒适性能、美学性能、质地等。今后的研究应在织造理论学和电子元件组装技术上突破，将两种产品有机融合，使得电子智能纺织品更加满足人们的需求。 31 灵敏性 作为能有效传输信号的纺织品，对于身体的变化都要能感知出来，由有些变化很细微，需要有足够高的精度才能
16、感应出来，这就需要电子智能纺织品有足够的灵敏性，但目前的电子智能纺织品灵敏度都不是很高。 32 信号的延迟 从目前的研究来看，许多传感器都存在信号延迟的问题，即传感器从开始变化到信号传人电脑软件显示结果的过程中都需要一定的反应时间，这段时间因所 应用的技术不同而不同，这也许与传感器的灵敏程度及信号的接收有关，现在许 多研究者正致力于减小这种信号延迟的研究，以 便使信号延迟的时间减到最小，因为信号的延迟可能会危及到人的生命。 33 安全性 目前研究的电子智能纺织品里都会存在电子元件，如果电子元件长期穿在人身上，它势必会对人体的健康产生不良影响，同时信号的传递已经使用无线技术，传递过程中出现的电磁波也会对人体健康有一定影响，如何使这些影响减小到最小，也成为我们噬待解决的难题。除了军事和医学等少数领域，智能服装要进入寻常百姓家，需要通过规模化生产降低价格。也只有不断采用新材料、新工艺批量生产，智能纺织品制成的
