智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣的研究進(jìn)展

楊鈺蝶，許黛芳，胡伊嬿，歐嘉欣，胡啟美，周雅玲

(嘉興學(xué)院，浙江 嘉興 314001)

1 引言

服裝作為人類的“第二皮膚”，正突破原有的功能和審美，向著智能化和功能化的方向發(fā)展。以目前備受關(guān)注的女性健康問題為例，許多女性乳腺疾病是由內(nèi)衣選擇不當(dāng)引起的，因此以智能>健康監(jiān)測技術(shù)為核心的女性運動內(nèi)衣開發(fā)成為熱點。智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣使用可穿戴技術(shù)，將柔性傳感器運用到服裝設(shè)計中，使健康監(jiān)測功能得以實現(xiàn)，一方面，它可實時獲得穿著者的部分生理數(shù)據(jù)，包括心率、血壓、體溫等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能交互；另一方面，它可及時對女性健康問題作出反應(yīng)，以便糾正不利于健康的方式和行為。本文總結(jié)分析了智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣的現(xiàn)狀、存在的問題以及發(fā)展趨勢，并設(shè)計了一款智能女性運動內(nèi)衣以供參考。

2 智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣研究現(xiàn)狀

2.1 可穿戴技術(shù)

可穿戴技術(shù)是一種把多媒體、傳感器和無線通信等技術(shù)嵌入日常穿戴中，支持多種人機(jī)交互操作的新型技術(shù)。可穿戴技術(shù)從最早的簡單縫合和粘貼，發(fā)展到現(xiàn)在的模塊化技術(shù)、嵌入式技術(shù)和纖維基傳感技術(shù)，顯現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 柔性傳感器技術(shù)[1]

柔性傳感器是采用柔性材料制成的特殊傳感器。相較于傳統(tǒng)的金屬傳感器，柔性材料具有體積小、耗電少、延展性柔軟性佳等優(yōu)點。柔性傳感器的加入，使運動內(nèi)衣在滿足基本穿著、塑性功能的同時，具備感知、響應(yīng)、反饋功能，可進(jìn)一步提升其智能化。根據(jù)不同的感知方式和工作原理，目前較常見的柔性傳感器有三種：電容式傳感器、阻壓式傳感器和壓電式傳感器。

服裝是柔性傳感器應(yīng)用的最佳載體，市場中已有不少服裝與柔性傳感器結(jié)合的例子。2014年，Mino公司自主研發(fā)了一款智能嬰兒連體衣，通過柔性傳感器，可及時采集嬰兒的體溫、心跳、呼吸等數(shù)據(jù)。2016年，飛利浦公司研發(fā)出一款可收音、聽音樂、接電話的智能夾克，將播放裝置隱藏于衣領(lǐng)中，既方便攜帶又可拆除，同時可通過衣領(lǐng)的翻、立選擇聲音是否外放。2017年，Polar公司推出一款智能運動服，將GPS、心率計等設(shè)備集成到運動服中，實時監(jiān)測心率，跟蹤定位，測量速度、距離、加速度等，并支持自帶系統(tǒng)采集、分析數(shù)據(jù)。

2.3 發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外對智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣的研究尚處于探索與試驗階段。易紅霞等人[2]提出采用鍍銀導(dǎo)電紗線制成針織柔性傳感器集成在服裝上，構(gòu)建無線信號傳輸系統(tǒng)，并通過Visual Basic 6.0實現(xiàn)信號傳輸。胡艷瓊[3]分析了心電監(jiān)測服裝信號采集質(zhì)量的影響因素，通過實驗獲得結(jié)論：在用戶滿意度和采集信號質(zhì)量方面，導(dǎo)線款服裝更具優(yōu)勢。郭秋晨[4]開展了集成不同導(dǎo)電材料針織柔性傳感器的智能無縫服裝研究，得出以局部添紗的方式將傳感器編入服裝面料中可進(jìn)一步提高服裝的美觀性和穿脫便利性。

智能運動內(nèi)衣是多學(xué)科交叉的產(chǎn)物，涉及醫(yī)學(xué)、電子通信學(xué)、人體工效學(xué)等。近年來，隨著跨學(xué)科融合和科技創(chuàng)新的迅猛發(fā)展，智能運動內(nèi)衣在服裝市場上也經(jīng)歷著從零到有再到優(yōu)的突破。2015年，英特爾和Chromat合作推出可收集心跳、體溫等人體數(shù)據(jù)的運動內(nèi)衣。2016年，中國品牌愛慕推出首款智能運動內(nèi)衣，其采用織物電極傳感面料、3D運動傳感器和高精度心率監(jiān)測設(shè)備，并加入了心率語音播報功能。2017年，亞洲創(chuàng)業(yè)企業(yè)Unicorn Park發(fā)布首款智能文胸Magic，可利用后臺算法，實時提示運動者心率情況，并給出訓(xùn)練建議。智能運動內(nèi)衣成為企業(yè)爭相涉足的領(lǐng)域，運動內(nèi)衣的智能化成為不可阻擋的趨勢。

3 智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣存在的問題

智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣作為新興產(chǎn)物，其市場尚未成熟，在消費者中認(rèn)可度不高。大部分產(chǎn)品功能單一，只能簡單地監(jiān)測心率、體溫；部分有獨特功能的智能運動內(nèi)衣成本高、工藝復(fù)雜、定價過高，不能真正吸引消費者。智能運動內(nèi)衣是多專業(yè)領(lǐng)域結(jié)合的產(chǎn)物，在研發(fā)過程中，需不斷碰撞、融合，才能推出符合市場和消費者需求的產(chǎn)品。目前，智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣設(shè)計開發(fā)存在以下問題。

3.1 舒適性

舒適性是貼身服裝最重要的考慮因素，而柔性傳感器的嵌入在一定程度上會影響運動內(nèi)衣穿著舒適性。為了獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，柔性傳感器的嵌入位置有很大的局限性，在不同部位會對穿著舒適性產(chǎn)生不同程度的影響，并且柔性傳感器工作時產(chǎn)生熱、電、磁也會影響著裝感受。

3.2 美觀性

加入傳感器必定會改變運動內(nèi)衣的原有外觀。大部分的智能運動內(nèi)衣是將運動內(nèi)衣與傳感器機(jī)械地結(jié)合在一起，易造成衣物表面不平整，影響整體外觀。合理排布傳感器、縮小傳感器體積，以降低它們的“存在感”，是研發(fā)者必須考慮的要點。

3.3 可洗滌性

作為運動時貼身穿著的衣物，洗滌是必要的環(huán)節(jié)。在智能運動內(nèi)衣中存在著多種電路元件甚至裸露在外的接口，其可洗滌性直接影響到產(chǎn)品的使用壽命。

3.4 數(shù)據(jù)可靠性

實時監(jiān)測功能是智能運動內(nèi)衣的核心功能，設(shè)計者必須加強監(jiān)測設(shè)備的穩(wěn)定性，確保穿著者運動過程中獲得的數(shù)據(jù)真實可靠。

3.5 續(xù)航能力

元器件功耗大，使得產(chǎn)品續(xù)航能力受到限制。優(yōu)化元器件，增加續(xù)航時間，可提高產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。

4 智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣發(fā)展前景

女性運動內(nèi)衣不僅是服裝，更是健康生活理念的體現(xiàn)。其在保護(hù)女性健康、提高生理舒適性上有不可忽視的作用。未來的智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣將是集功能性、舒適性、美觀性于一體的產(chǎn)品，其發(fā)展前景[5]如下：(1)在功能上延續(xù)已有優(yōu)勢，優(yōu)化防震設(shè)計，加入疾病監(jiān)測功能，保護(hù)女性乳房，在一定程度上預(yù)防乳房疾病的發(fā)生；增加適時調(diào)節(jié)功能，根據(jù)數(shù)據(jù)反饋調(diào)節(jié)內(nèi)衣松緊；設(shè)計運動管理功能，制定用戶專屬運動方案。(2)重視傳感器核心技術(shù)，與面料開發(fā)同步進(jìn)行，將柔性傳感材料與織物結(jié)合，提高產(chǎn)品的吸濕性、透氣性，且不影響美觀。(3)通過拉鏈、搭扣、掛鉤等實現(xiàn)智能監(jiān)測設(shè)備的可拆卸性，便于穿脫及攜帶，保證產(chǎn)品的舒適性和可洗滌性。同時減少各器件之間的連接線，降低穿著負(fù)擔(dān)。(4)向個性化定制方向發(fā)展，針對不同穿著者的個體情況，調(diào)節(jié)產(chǎn)品維度和重點監(jiān)測信息，使量身定制成為可能。(5)進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，適應(yīng)市場環(huán)境。優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)，合理選擇原材料，降低產(chǎn)品成本，使其功能和定價滿足消費者預(yù)期。

5 智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣設(shè)計實例

根據(jù)已有成果，結(jié)合市場需求，以年輕女性為目標(biāo)群體，設(shè)計圖1款式智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣。

圖1 智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣設(shè)計實例

5.1 款式面料

采用粗帶 “工”字型款式，底部彈性面料收緊。研究表明，這種款式的運動內(nèi)衣對運動狀態(tài)下的人體心率、血壓影響最小，舒適性最強。粗帶的設(shè)計相較細(xì)帶更易于傳感器等器件的嵌入。選用莫代爾/氨綸混紡面料，柔軟、舒適、有彈性、不易變形，透氣性、吸濕性較強，保證了服用舒適性。

5.2 智能健康監(jiān)測功能

圖1中1代表心率、溫度、血壓傳感器，靠近心臟的部位；2代表傳感器觸發(fā)元件，位于內(nèi)衣下部中端；3代表電源外接端口，與傳感器觸發(fā)元件套疊排布。

靠近心臟部位的傳感器將人體信號轉(zhuǎn)化為電信號，用戶通過藍(lán)牙和相關(guān)APP獲取實時數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可根據(jù)生理數(shù)據(jù)制定運動方案和運動強度，當(dāng)運動數(shù)據(jù)超過一定范圍，將對用戶進(jìn)行提醒或自動報停。使用時，按壓傳感器觸發(fā)元件即可啟動設(shè)備；再次按壓元件，可使設(shè)備進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，節(jié)約電量。當(dāng)電量消耗完，需通過電源外接口對產(chǎn)品進(jìn)行充電。

5.3 縫制工藝[6]

智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣的制作涉及到衣片縫合、元件嵌入等，由于各材料之間的剛?cè)釋傩圆煌?，增大了縫制難度。因此，在基礎(chǔ)縫制的基礎(chǔ)上，制訂了圖2所示的一套完整的智能運動內(nèi)衣制作流程。

圖2 智能女性運動內(nèi)衣制作流程

6 結(jié)語

智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣的發(fā)展，依賴于可穿戴技術(shù)和柔性傳感器技術(shù)的發(fā)展，目前大多處于實驗室階段。在其市場化發(fā)展中，必須重視服裝工效學(xué)、服裝材料學(xué)、電子信息學(xué)、醫(yī)學(xué)等的多學(xué)科集成，統(tǒng)籌考慮服裝舒適性、功能性、美觀性、安全性等因素。智能健康監(jiān)測女性運動內(nèi)衣的發(fā)展將引領(lǐng)服裝智能化的前進(jìn)方向，其今后的研究重點主要有：智能女性運動內(nèi)衣款式的選擇。智能女性運動內(nèi)衣需考慮款式對電子元件的隱藏、服裝的可穿脫性、安全性等的影響；柔性傳感器與面料的結(jié)合。使傳感器柔軟程度與面料基本吻合，減小傳感器質(zhì)量、體積，實現(xiàn)柔性傳感器與面料的完美結(jié)合；優(yōu)化電路設(shè)計。電路系統(tǒng)是智能女性運動內(nèi)衣的基礎(chǔ)，它的設(shè)計有巨大的提升空間，通過優(yōu)化，可改善穿戴安全、數(shù)據(jù)傳輸、產(chǎn)品續(xù)航等問題。