智能紡織及產(chǎn)品設(shè)計之探索

方陵生/編譯

智能紡織及產(chǎn)品設(shè)計之探索

方陵生/編譯

過去十年里，智能紡織品領(lǐng)域異軍突起，許多新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)樣品到商業(yè)化應(yīng)用的轉(zhuǎn)換。然而，紡織產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域相對較弱，雖然也有一些值得引起關(guān)注的例外，但大多數(shù)設(shè)計應(yīng)用仍處于原型階段。為什么會這樣？智能紡織品的崛起能為產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域提供些什么？文章就智能紡織品的發(fā)展和應(yīng)用展開了討論，并引用了其他領(lǐng)域的一些例子，如藝術(shù)、建筑、工程、生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域。同時探索了智能紡織品應(yīng)用于工業(yè)和產(chǎn)品設(shè)計的未來。

工業(yè)革命誕生于紡織工業(yè)的興起，從小作坊生產(chǎn)方式發(fā)展到工業(yè)時代的大規(guī)模機(jī)械化生產(chǎn)模式。在這個過程中，紡織工業(yè)的發(fā)展速度超過了其他產(chǎn)業(yè)，奠定了未來工業(yè)的發(fā)展軌跡，并因此從根本上導(dǎo)致了社會結(jié)構(gòu)的改變。紡織品包括的不僅僅只有布匹、服裝和家居用品，今天的紡織品正在從根本上影響和改變著其他的行業(yè)，從電子到建筑到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。隨著智能材料——即能夠感知、反應(yīng)或適應(yīng)環(huán)境或其他刺激的材料——的發(fā)展，智能紡織品將在廣泛的范圍內(nèi)改變一系列產(chǎn)業(yè)，并對社會結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要影響，有可能改變我們生活的許多方面。

智能紡織品與紡織品的智能應(yīng)用

過去十年時間里，智能紡織品領(lǐng)域異軍突起。2000年，飛利浦在其開發(fā)的項(xiàng)目和關(guān)于“可穿戴電子產(chǎn)品”的書中，探索了智能紡織品的理念?！鞍瑐悺だ掌疹D的皮膚”（Ellen Lupton’s Skin）于2002年展示了其一些有趣的成果；2004至2007年英國建立了“智能紡織品網(wǎng)絡(luò)”研究智庫，作為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界連接的橋梁。與此同時，許多大學(xué)，特別是歐洲和美國的大學(xué)，以及飛利浦等公司都有了致力于開發(fā)智能紡織品的研究項(xiàng)目。

目前，將電子產(chǎn)品融入到服裝中，在市場上已經(jīng)出現(xiàn)了不少的例子。例如，英國的ElekTexR極輕導(dǎo)電紡織品，柔軟而具有彈性，且高度耐用。這種紡織品是可洗的，適用于-40℃至+70℃的溫度范圍，可用于生產(chǎn)多種功能的服裝產(chǎn)品，從英國零售商瑪莎百貨的男士西裝，到適用于自行車騎手的短褲，到奧尼爾的滑雪衫，許多時裝公司都將ElekTexR的觸摸屏技術(shù)——用于iPod的織物控制器設(shè)計——用于他們的服裝系列中。

紡織品的魔力已不僅僅局限于服裝本身，紡織品也一直是藝術(shù)家、建筑師和工程師所關(guān)注的對象，是一個為他們提供靈感、挑戰(zhàn)和新的探索的領(lǐng)域。如藝術(shù)家安尼什·卡普爾（Anish Kapoor）與Ove Arup and Partners工程公司合作，將紡織品用于他的雕塑作品中，這類作品豐富了我們對三維幾何的理解。許多建筑師也沒有錯失這樣的機(jī)會，他們中許多人，借助先進(jìn)的計算軟件和新穎的紡織材料，探索只有紡織材料才能體現(xiàn)的獨(dú)特效果。2006年出版的《建筑織物》（Architextiles）一書，專門陳述了這一主題。

紡織材料還廣泛為建筑行業(yè)所采用。例如，用于土木工程的土工織物，可防止水土流失，穩(wěn)定加固基礎(chǔ)，如TyvecR這樣的透氣紡織材料也用在了許多建設(shè)項(xiàng)目中。交通運(yùn)輸行業(yè)在很大程度上也要依賴于紡織材料，無論是工程設(shè)計還是內(nèi)部裝飾。飛機(jī)和船只的構(gòu)造結(jié)構(gòu)也要用到許多紡織復(fù)合材料。隨著汽車行業(yè)輕量化和節(jié)能性的日趨重要，越來越多的結(jié)構(gòu)組件和鑲板都以紡織復(fù)合材料代替了以前所使用的金屬材料。紡織品在車輛內(nèi)部裝飾中一直占有重要地位，用于車輛內(nèi)部裝飾的大量新紡織材料也在不斷地研究和測試之中，例如有助于駕駛員除汗的織物、耐污耐臟的織物、可調(diào)節(jié)溫度的織物，可為司機(jī)們提供最大程度的舒適，在這些行業(yè)中紡織品的重要地位得到了普遍的認(rèn)同。

最近，寶馬的“外形與功能N種組合”（GINA）概念車是對變形織物用于車輛外部設(shè)計的一種探索，是一個鼓舞人心的設(shè)計，也代表了未來的一種發(fā)展趨勢，這可能是紡織品的一種智能應(yīng)用，它本身用的卻并不是智能紡織品。但是，智能紡織品可以根據(jù)車速自動對車輛外殼和內(nèi)部進(jìn)行變形，通過編織或針織的感壓壓電纖維矩陣，在空氣壓力（車輛速度產(chǎn)生的壓力）下產(chǎn)生電能，通過形狀記憶合金纖維改變織物形態(tài)，除了可穿過織物傳輸數(shù)據(jù)的光纖外，還有高強(qiáng)度的碳纖維、碳納米管和芳綸織物。因此，這種智能化車輛皮膚所用材料不僅重量輕，還是能自動響應(yīng)車輛行駛狀態(tài)的智能紡織材料。

擴(kuò)大智能紡織產(chǎn)品的感知能力

產(chǎn)品設(shè)計如何利用智能紡織品的潛力？這在一些領(lǐng)域，主要是體育用品、家具、電子元器件及配件上比較突出，但商業(yè)產(chǎn)品的例子很少。山姆·赫克特（Sam Hecht）于2001年設(shè)計的ElekTexR軟鍵盤是一個例外，之后艾迪歐公司于2004年結(jié)合了ElekTexR與羅技科技開發(fā)的羅技鍵盤贏得了工業(yè)設(shè)計優(yōu)秀獎。但總的來說，向消費(fèi)型電子產(chǎn)品的進(jìn)軍并沒有真正開始。這是可以理解的，因?yàn)樵谶^去幾年里研發(fā)重點(diǎn)主要集中于汽車和計算機(jī)設(shè)備，但智能紡織品時代還沒有真正到來。

將智能薄膜直接“印刷”到織物上，或直接將傳導(dǎo)纖維與電活性聚合物（如可以移動或發(fā)出彩色光的材料）織到一起，使得動態(tài)屏幕可與纖維織物無縫結(jié)合。許多纖維織物可與電激發(fā)光電線、光纖或發(fā)光二極管結(jié)合在一起，讓材料發(fā)光，或用于制造柔性顯示屏。例如，飛利浦生產(chǎn)的Lumalive織物，以及研究部門正在開發(fā)的將發(fā)光二極管應(yīng)用于紡織品和其他產(chǎn)品的計劃，柯達(dá)也有一個致力于柔性顯示屏和紡織品的研究項(xiàng)目。

大多數(shù)消費(fèi)電子產(chǎn)品由簡單的輸入設(shè)備（例如鍵盤、按鈕或開關(guān)）、一些電子信號處理設(shè)備和簡單的輸出設(shè)備（如屏幕或音頻設(shè)備）組成，而智能紡織品可以同時具備輸入和輸出的功能。此外，功能運(yùn)行所需的能量也可以由織物本身生成。佐治亞理工學(xué)院的王中林（ZhongLin Wang，音譯）教授和他的同事開發(fā)出的一種織物，可將用四乙氧基硅烷涂層（不受天氣影響的保護(hù)涂層）的氧化鋅納米線與織物纖維結(jié)合在一起，通過小幅運(yùn)動產(chǎn)生電能。雖然織物不能產(chǎn)生大量電能，大約只有每平方米80毫瓦，卻可為便攜式電子設(shè)備（如MP3播放器或醫(yī)療植入物）提供足夠的電能。

智能織物還可以用來調(diào)節(jié)溫度、氣流或濕度，通過收緊或放松織物的經(jīng)緯線讓材料變得疏松或緊致。這類智能服裝比普通衣物有更明顯的優(yōu)勢，或多或少地提供隔絕外界冷熱的絕緣性能，為穿著者提供保暖作用或保持涼爽，或通過良好的透氣性來幫助減少汗水，這類織物還可具備主動脫臭性能，在熱或電流等設(shè)定條件下，材料還可釋放微量調(diào)節(jié)的香水。

另外，電子產(chǎn)品溫度調(diào)節(jié)性能也可受益于智能紡織品的應(yīng)用。例如，一般用來冷卻電腦芯片的高導(dǎo)電材料制成的散熱片表面積較大，隨著計算機(jī)芯片處理能力的提高，芯片體積越來越小，產(chǎn)生的熱量卻更多。因此矛盾的是，為冷卻芯片需要面積更大的散熱器。而智能織物可提供三種可能的方法來解決這個矛盾。首先，可以對材料進(jìn)行設(shè)計改變，如根據(jù)材料要求增加其表面積或增加氣流量；其次，通過結(jié)合珀?duì)柼?yīng)，熱電冷卻織物，將內(nèi)部熱量轉(zhuǎn)移到外部，或通過相變材料吸收熱量，然后通過形狀改變散去熱量；還有一種辦法是，在紡織材料上布置電子，通過更多的處理單元分散熱量，這種分布式處理單元類似于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作方式。

最后一種方法最令人興奮，它可提供與多種技術(shù)結(jié)合的可能性?？梢允褂脤?dǎo)電材料在紡織品上刺繡或打印，柔性電路也可以相對容易與織物結(jié)合。之前一直困擾人們的難題是要確保電路在曲折收縮過程中不會受損，如今先進(jìn)的處理技術(shù)和涂層技術(shù)已可解決這個問題。由于電子元器件正在變得越來越小，它們也有更多可能性被結(jié)合進(jìn)入織物中，真正的可穿戴電子設(shè)備的時代即將到來。

就像可以在塑料中增加某種氣味一樣，紡織品也可擁有攜帶和散發(fā)氣味的能力，也包括不好聞的氣味。智能紡織品可以擁有這種能力，包括事先設(shè)計好含有某種特定的氣味，以及洗滌后隨時可以增添芳香的方式。此外還有可以應(yīng)用于織物以及大多數(shù)智能紡織品上的各種洗滌劑和整理劑，為可穿戴設(shè)備提供了一種非常有意思的終極定制技術(shù)，通過一定方式的洗滌，給織物上色、增香、軟化變形或消除刺激性等。

由于我們的嗅覺也是記憶的一個重要方面，也將成為智能織物觸發(fā)警報響應(yīng)的一個應(yīng)用途徑。煙霧或某些氣體的氣味通常會引起我們的警覺，這對于一些設(shè)備的安全使用很有價值。例如，陳舊磨損的設(shè)備，可以通過形狀記憶合金提供預(yù)警信號，通過壓電纖維產(chǎn)生振動發(fā)出信號，或通過相變材料或簡單的絕緣導(dǎo)線改變溫度，甚至還可以通過熱觸發(fā)等發(fā)出不同的氣味等，所有這些都將進(jìn)一步促進(jìn)各種技術(shù)之間的相互結(jié)合應(yīng)用。

智能紡織品可傳遞感知的特點(diǎn)，尤其是觸覺，引起了設(shè)計者的極大興趣，特別是與各種技術(shù)的結(jié)合。一些智能紡織品可以改變溫度、顏色或柔軟度，觸覺反饋的可調(diào)范圍遠(yuǎn)大于目前產(chǎn)品的交互接口。布魯內(nèi)爾大學(xué)設(shè)計主管、智能紡織品和智能消費(fèi)產(chǎn)品前任協(xié)調(diào)員莎倫·伯雷（Sharon Baurley），對提高遠(yuǎn)程人際溝通和情感觸覺反饋的可能性進(jìn)行了探討，她的“情緒衣柜”項(xiàng)目設(shè)計了許多原型服裝，如專門的“交流服”通過電子紡織品的觸覺反饋，輕輕觸碰穿戴者即可增大手機(jī)使用者的觸覺反應(yīng)。也就是說，當(dāng)你給所愛的人打一個讓其放心的電話或發(fā)一條短信時，可以讓對方產(chǎn)生得到一個擁抱或拍背的感覺。

飛利浦以類似的方式研發(fā)了一種“情緒裝”，可增強(qiáng)看電影時的體驗(yàn)，穿戴者可以真實(shí)體驗(yàn)到屏幕上人物的感受。在不太遙遠(yuǎn)的未來，這種感官體驗(yàn)的研究應(yīng)用無疑將出現(xiàn)在家庭娛樂和游戲設(shè)備中。這樣一個身臨其境的世界不再是科幻小說里的東西，智能紡織品所取得的進(jìn)步，在某種程度上，正在將科幻逐步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。智能紡織品為我們提供了更多的機(jī)會，擴(kuò)大了我們與技術(shù)的感官互動，改變了我們對產(chǎn)品的思維方式，模糊了技術(shù)與我們之間的界線。

智能紡織品的挑戰(zhàn)與前景

但是，將智能材料應(yīng)用于各種產(chǎn)品，還有一些重要問題有待于解決。關(guān)鍵的挑戰(zhàn)是將設(shè)計轉(zhuǎn)化為實(shí)際的產(chǎn)品和系統(tǒng)，目前的挑戰(zhàn)是獲得足夠多的可結(jié)合進(jìn)實(shí)現(xiàn)設(shè)計產(chǎn)品的材料。

雖然時裝、建筑、藝術(shù)和工程領(lǐng)域可承擔(dān)得起一次性需要的定制項(xiàng)目，但產(chǎn)品設(shè)計的主流文化還是要面向大規(guī)模生產(chǎn)的需要。這也許正是我們關(guān)于智能紡織品實(shí)際應(yīng)用的觀點(diǎn)，產(chǎn)品設(shè)計的大環(huán)境還未真正成熟，但正在取得令人難以置信的進(jìn)步，這也許是智能紡織崛起的一個關(guān)鍵性轉(zhuǎn)折點(diǎn)。工業(yè)革命建立在擁有大批量生產(chǎn)紡織品的能力之上，而工業(yè)設(shè)計作為一門學(xué)科正在形成，智能紡織品的大規(guī)模生產(chǎn)也將迎來一個新的革命，也許紡織品將再次改變我們的社會結(jié)構(gòu)。

[資料來源：Smart Design][責(zé)任編輯：絲絲]