“衣智”——賦予紡織服裝新智能

摘 要：目前，智能可穿戴設備的市場規模不斷擴大，但是智能手表和手環作為其主流產品，存在較多缺陷。基于此，本項目研發了智能服裝、智能紗線，旨在提供織物智能化服務。用戶穿上本項目自主研發的智能服裝，即可在手機APP上實時獲取自身的運動和生理數據，實現對運動和生理信號的精準監測。

關鍵詞：智能服裝；健康監測；運動輔助

1 作品介紹

作為目前智能可穿戴設備的主流產品，智能手表和手環存在很多缺陷。比如，由于生理信號來源僅為腕部，可測的健康指標類型受限；僅使用慣性傳感器進行運動信號檢測，靈敏度和特異度不理想。為此，本項目開發了功能更強大、更能滿足消費者需求的新型智能服裝產品，用戶在穿上智能服裝后可以在手機APP上實時獲取自身的運動和生理數據，對監測人體健康、追蹤身體狀態具有指導意義。

本項目開發了一套智能服裝系統。在智能服裝內側縫合內襯形成布線通道，布線通道連接各處柔性傳感紗線并放置多通道信號采集器的口袋，在通道內部布置柔性導電紗線。本項目利用多針水浴靜電紡絲、微流控紡絲等技術連續制備了多種可直接用作應變傳感器的智能紗線，設計了雙重、三元、皮芯等特殊結構的導電網絡。同時，對智能紗線在服裝上的無痕集成技術進行了探究，創新提出了一種自鎖針縫紉方法。最終構建了由智能服裝、數據采集系統和手機APP構成的智能服裝系統，開發了多款智能服裝產品。

2 技術原理

2.1 多針靜電紡紗裝置

本項目發明了一種制備納米纖維束的靜電紡絲裝置，此裝置制備的納米纖維束可直接用于紡織加工。其優良的結構和力學性能，在超輕薄型紡織品、智能紡織品、傳感器及生物醫用材料領域具有良好的應用前景。

2.2 微流控同軸紡絲芯片

本項目發明了一種易拆卸、可調節的類同軸針頭，可通過改變同軸針頭的內外針尖距離來調節內外相溶液相遇的位置；利用紡絲液在針頭內部的預成型來調控最終纖維形態，可用于微流控紡絲、靜電紡絲和濕法紡絲等。

2.3 雙重/三元/皮芯傳感網絡

本項目通過同時在紗線內部摻雜一維、二維和三維的導電納米材料的方式開發了三元傳感網絡；以彈性聚合物為皮層、導電納米材料為芯層開發了一種獨特的中空皮芯結構傳感網絡。正因為設計了特殊結構的導電網絡，使得傳感紗線具有優異、可調的性能。

2.4 傳感紗線集成技術

本項目開發了一種在織物上集成傳感紗線的方法，是一種自鎖針縫紉針法，即在平針的每個針眼處添加一個回針鎖定柔性傳感紗線。使用自鎖針將傳感紗線縫入服裝布料解決了平針和回針的問題，最大程度地將形變從服裝布料傳遞至傳感紗線，使傳感紗線輸出穩定、靈敏的信號

3 項目創新點

（1）本項目利用團隊自主開發的紡絲設備能夠全自動一步連續生產卷裝的傳感紗線。同時，通過設計特殊結構的導電網絡使傳感紗線具有優異、可調的性能。比如，探測范圍大、靈敏度高、線性度高、耐久性強，可感知多形式的應變，對磨損、溫度、濕度、汗液和洗滌等都有良好的抗干擾能力，可直接進行智能服裝的織造。

（2）本項目專注于智能紗線在服裝上的無痕集成技術，開發了由智能服裝、數據采集系統和手機APP構成的智能服裝系統。通過對服裝版型和傳感系統的創新性設計，使得智能服裝整體外形美觀、穿著舒適、操作簡單。

4 應用前景

隨著經濟的迅速發展、互聯網和物聯網技術的快速提升，利用可穿戴設備進行健康監測已成為國家健康產業發展的重要方向之一。在政策支持、經濟提升、科技進步等多方力量推動下，中國智能可穿戴設備行業的發展已呈井噴之勢，產品的智能化、健康化等特性越發明顯，促使醫學領域出現了巨大飛躍，讓“精準醫療”變為可能。智能可穿戴設備在面臨更高技術含量、更高附加值挑戰的同時，也孕育著增長空間，未來將更加多元化和生態化。