戶外騎行服的智能化設計研究現狀與發展趨勢

王聰聰 ,王偉珍,2,*

(1.大連工業大學 服裝學院,遼寧 大連 116034;2.大連工業大學 服裝人因與智能設計研究中心,遼寧 大連 116034)

隨著人們生活水平的提高,在環保和健康等方面的關注點也不斷增多,單車出行作為有氧運動之一,開展廣泛,由此,騎行服的關注度逐步增加,成為了具有商業價值的運動服裝之一[1]。戶外騎行服的功能性和舒適性一直是騎行愛好者的關注熱點,隨著智能可穿戴設備的發展,將可穿戴設備和計算機技術等科技運用到戶外騎行服裝不僅增強了騎行服的功能性,更是學者們的研究熱點。戶外騎行服的智能化設計不僅可以滿足騎行者穿著時的常規需求,并增添了智能警示、運動監測、智能防護等功能。總結現有文獻基本特征,騎行服在面料、款式、顏色三方面的特殊設計,分析戶外騎行服在智能化設計的研究現狀,探討智能戶外騎行服的研究方向和發展趨勢。

1 文獻基本特征分析

1.1 文獻數量分析

通過對“騎行服”“智能”關鍵詞的檢索可發現符合條件的中文期刊論文共有8篇,專利共10篇,預測2022年會有2篇期刊論文和3篇專利,并繪制了總體趨勢圖(圖1)。

圖1 總體趨勢圖

1.2 研究主題分析

通過文獻搜索和分類發現關于騎行服智能化設計的主要研究主題有:騎行服、智能化設計、新型面料等。針對已有研究進行整體總結,分析每篇期刊的創新點和優缺點。

表1 關于騎行服智能化設計的研究

續表

2 戶外騎行服設計

2.1 面料設計

不同于其他服裝,戶外騎行服在面料選擇上大多選擇功能性面料,例如新型吸濕排汗面料、防輻射面料、智能調溫面料等。騎行服分為騎行上衣和騎行褲,騎行服上衣面料通常采用滌綸和萊卡混合面料;騎行褲面料的主要成分是氨綸、聚酯纖維和錦綸。下肢活動比上肢活動更大,會產生大量汗液,騎行褲面料在選擇上要具有良好的延展性和吸濕排汗性。

騎行服面料有很多類型:Vaporrize材料(與Lifa材料相似),導濕性能特別好,在冬季具有保暖的功效;Solar UPF(俗稱抗紫外線材料),具有高性能的抗紫外線能力;通過納米技術制作的戶外運動面料防水性能和透氣性在惡劣條件下依然滿足[10];吳學原等開發的高彈絨感錦綸緯編面料不僅滿足騎行者穿著需求,而且具有防臭抑菌的作用;長時間的騎行狀態對人體腿部肌肉有損傷危害,有學者證明騎行者穿著遠紅外面料制作的騎行褲,對比普通騎行褲可以有效緩解騎行時所產生的肌肉疲勞。

2.2 款式造型設計

基于人體運動特征,騎行服外部廓形設計和服裝內部結構要與騎行姿勢相符合[11]。戶外騎行服的款式造型有別于其他服裝,它是專業的有很多細節款式設計。其突出表現是:(1)貼合人體騎行動態軀干,能有效減免兜風情況出現;(2)袖子一般比同尺寸的衣服要長;(3)后擺長度高于前擺,戶外騎行時騎行者前撲姿勢與直立姿勢有很大差異,加長的后擺對騎行者腰部具有保護作用;(4)反光條設計,在騎行服前胸和后背縫制反光條,可以保證夜間騎行的安全。在研究騎行服版型時,有學者提出可利用三維掃描技術,從人體工程學角度開發符合消費者需求的功能性騎行服[12]。

2.3 顏色設計

戶外騎行比賽中,醒目的顏色便于其他參賽者和司機識別[13]。騎行服主色調大多采用黃色、紅色、藍白相間等警戒色。出于時尚的角度,通過色彩上的疊加或拼接可以表達騎行者的運動活力,簡潔明快的圖案能夠刺激人們的視覺感官。

3 戶外騎行服的智能化設計

戶外騎行服在智能化設計方面主要有兩種方式,一種是采用可穿戴技術將傳感器嵌入戶外騎行服中,用以檢測人體身體狀態或周圍環境以達到某種特殊功能,按照功能不同分為智能警示、運動監測、情境感知和智能防護4類;另一種是采用智能面料制作戶外騎行服。

3.1 戶外騎行服的智能警示

夜間騎行是一項具有很多潛在危險的運動,往往會因為夜間視野受限,司機在急轉時未注意到騎行者而發生車禍。傳統的夜行服是用反光材質制作的,又稱為反光服。這種服裝在燈光的照射下會反射出明亮的光線,但是受到燈光的限制,并不適用所有場合,由此,智能警示騎行服應運而生。

智能警示類騎行服可通過視覺警示和聲音警示2種方式實現,劉偉等設計了第一代LED 騎行服,主控制單元是STM32單片機模塊,通過按鍵控制紅、白、藍3種LED 燈光閃爍順序和頻率,在夜間可實現聲光警示;沈雷等在騎行服背部夾層中放入姿勢控制LED 燈組,設計了一款具有視覺警示功能的熒光騎行服,其工作原理是用傾斜檢測裝置接收姿勢傾斜信號,然后用無線發射,再由接收器接收信號經過處理后LED 燈做出相應的反應。為了解決騎行中遇到小動物追逐問題,任祥放等[14]設計了一款集柔性薄膜非晶硅太陽能板、自激多諧振蕩器和蜂鳴器的多功能戶外騎行裝,滿足了騎行者的安全功能需求和娛樂需求。

荷蘭沃達豐推出了一款具有導航和警示功能的智能夾克(圖2),將LED 柔性顯示屏設計在夾克背部,通過藍牙可與手機導航連接。騎行轉向時,背部顯示屏提前顯示紅色轉向提醒后背司機或行人,同時袖部小型指示燈代替手機導航。

圖2 沃達豐智能導航夾克

3.2 戶外騎行服的智能化運動監測

騎行運動作為一種耐性有氧運動,穿戴具有運動監測功能的服裝能夠最直接采集和傳輸人體信息數據,實時反應運動時人體狀態。智能化運動監測服裝將電子通信技術融入服裝,通過對人體體溫、運動狀態的監測,對人體亞健康狀況進行有效預測。

現有的騎行運動監測實現方式有2類,一類是利用可穿戴技術,仇春燕等[5]將Lilypad Arduino Simple固件縫在織物上,心率模塊固定在袖口處,從而對人體騎行運動時的心率和騎行服下相對濕度、微氣候溫度的變化進行監測。除此之外,東華大學科研團隊在騎行服胸口部位增加用石墨烯制作的導電織物可實現實時心率監測。另一類是使用心率帶,方便穿戴,監測到的數據可以即時通過藍牙傳輸顯示在智能終端設備上,分析心率數據并給出高效建議,真正做到了收集、分析、反饋的服裝與人之間的“交流”。

3.3 戶外騎行服的智能化情境感知

將傳感器和GPS 技術結合在一起運用到騎行服中會形成一種情景感知系統,這種系統可以檢測到當前的地理環境情況,而且可以查看騎行者的運動軌跡。智能化情感感知是利用情感感知技術,通過傳感器設備獲得環境信息,例如,通過溫度傳感器獲得周圍環境溫度[15]。將微電機系統傳感器模塊[16]和GPS模塊嵌入在戶外騎行服中,通過串口通信模塊傳送到微型處理器中,再在與微型處理器連接的輸出設備LCD 液晶屏顯示,并設置一個藍牙回路,連接手機或電腦,主動向騎行者提供信息,這樣在戶外騎行運動中就不會因環境陌生而迷路。

3.4 戶外騎行服的智能化防護

戶外騎行服重要功能之一是起到對騎行者的防護作用,智能防摔服可以有效減少騎行者發生碰撞受到的傷害。其原理是在服裝中設計安全氣囊,摔倒時氣囊迅速膨脹有效保護人體頸部和背部。Cirrus智能騎行安全氣囊服(圖3)內置的慣性測量IMU 傳感器和自行車座下方的IMU 傳感器可以檢測騎行過程中是否有疑似摔倒或突然停止等危險情況,若發生此類情況,氣囊會被觸發保護騎行者。

圖3 Cirrus智能騎行安全氣囊服

3.5 智能面料

將觸摸屏技術[17]融入到紡織材料,無形地計算集成到物體、材料和衣服縫紉邁出的第一步,簡單來說就是將可以導電且能傳遞信號的特殊材料嵌入到日常面料中,通過藍牙模塊或者WiFi模塊來遠程控制智能設備,結合設計的特定手機軟件,可設置不同手勢操作不同功能,例如通過拍衣袖實現通話功能、切歌和報時等。基于以上技術,Levi's和谷歌已經聯合推出了這種智能面料做成的智能夾克(圖4)。將這種面料用到戶外騎行服中,不僅可以儲存騎行者運動時的數據,而且簡便輕質,會提高戶外騎行服的品質。

圖4 Levi's Commuter夾克

4 戶外騎行服智能化設計發展趨勢

戶外騎行服智能化設計涉及物理學、紡織科學與工程、信息工程等學科。國內戶外運動市場發展迅速,作為戶外運動的一個分支,騎行服的使用也在迅速增長。未來的智能戶外騎行服研究可以向多方向拓展,戶外騎行服智能化設計在面料和電子元件的選擇上還有很大的發展空間。

4.1 新型服裝面料

利用高新技術和信息技術可以賦予面料多種多樣的功能屬性,針對戶外騎行服設計,可嘗試更先進的功能面料,如防水透濕型面料、形狀記憶面料、安全反光面料等。騎行運動大多在公路上進行,因此騎行服的安全警示功能非常重要,未來研究應在警示面料方面關注更多。

4.2 電子元件與服裝組合方式

可穿戴設備的探索熱潮仍然停留在“戴”在身上的產品,而“穿”在身上的產品卻寥寥可數。若從市場長期發展和用戶的需求出發,智能戶外騎行服有很大的發展空間。未來的智能騎行服在電子元件的選擇上更傾向于具有多功能的電子元件,如何將電子元件更為緊密地嵌入服裝中也是眾多學者思索的問題,在接下來的研究中應努力實現電子元件的高集成微型化、柔性化,元器件與服裝連接技術的貼合化、內嵌化以及減少線路的外漏,并且要滿足人體穿著的舒適性和服裝的易清洗性。

5 結束語

從智能騎行服的文獻基本特征來看,戶外騎行服智能化設計還具有很大的研究空間。成熟的智能可穿戴技術對服裝舒適性起著很大作用,智能戶外騎行服在其制作工藝上會更加貼合騎行者需求,同時,新型服裝面料和電子元件具有更大的選擇空間。

科學技術的發展開拓了各種產品的設計概念和實施方法,互聯網和服裝的結合推動了智能服裝的發展。智能戶外騎行服裝的出現減少了騎行者在戶外騎行時受傷情況的發生,改變了傳統騎行服的被動防護作用,增強了人們對健康運動理念的的認知,推動了智能可穿戴技術的普及與應用,為更智能的服裝設計類別提供適當的理論框架和設計理念。