哺乳期智能文胸智能模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)

謝盼盼，張英姿，張技術(shù)

（常熟理工學(xué)院 紡織服裝與設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

哺乳期間女性常常因白天過(guò)于勞累，夜間下意識(shí)選擇側(cè)睡睡姿，易導(dǎo)致乳汁積壓堵塞，引起發(fā)燒、腫痛等病癥[1]，因此成為乳腺炎的高發(fā)群體。發(fā)病后不僅產(chǎn)婦本人痛苦異常，而且不能繼續(xù)哺乳，影響嬰兒的健康。若能在早期得到有效的預(yù)防，盡早疏通阻塞的乳腺管，排出淤積的乳汁，病情好轉(zhuǎn)和癥狀緩解的效果越好[2]。資料顯示，穿戴文胸對(duì)預(yù)防乳腺炎有一定的功效，選擇一件高質(zhì)量的哺乳文胸，不僅是對(duì)女性胸部的保障，更是對(duì)寶寶健康的保障[3]。根據(jù)實(shí)地調(diào)研，有66.3%產(chǎn)婦哺乳期間經(jīng)常穿戴哺乳文胸，還有26.7%的人偶爾穿?，F(xiàn)如今市場(chǎng)上出現(xiàn)的哺乳期文胸主要是針對(duì)授乳開(kāi)口方式、塑型、面料、外觀等一些功能而設(shè)計(jì)的，還有一些振動(dòng)按摩文胸主要以豐胸塑型等目的，針對(duì)緩解女性壓奶問(wèn)題開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用文胸尚未見(jiàn)到。

圖1 哺乳期文胸外觀款式圖

針對(duì)上述問(wèn)題，課題組在哺乳文胸基本特征的基礎(chǔ)上，附加傳感報(bào)警裝置和自動(dòng)按摩裝置，開(kāi)發(fā)了一款具有預(yù)防乳腺炎的智能文胸，如圖1所示。通過(guò)精確定時(shí)設(shè)計(jì)，令穿戴者在熟睡慣性側(cè)臥乳房達(dá)到一定壓力和時(shí)間時(shí)，及時(shí)報(bào)警提醒，同時(shí)振動(dòng)按摩，舒緩堵塞，達(dá)到預(yù)防壓奶的目的。

1 智能模塊的構(gòu)成與工作原理

哺乳期智能文胸通過(guò)智能模塊提前預(yù)警壓奶發(fā)生，起到預(yù)防乳腺炎的功效。智能模塊包括壓力預(yù)警系統(tǒng)和按摩系統(tǒng)兩個(gè)核心子模塊，設(shè)置在文胸側(cè)面，安裝有感壓芯片。穿戴者在熟睡慣性側(cè)臥乳房達(dá)到一定壓力和時(shí)間時(shí)，接通迷你振動(dòng)馬達(dá)，及時(shí)報(bào)警提醒，警示穿戴者調(diào)整睡姿，處理淤積的乳汁。鑒于哺乳期女性的疲憊可能未能被喚醒，多個(gè)震動(dòng)馬達(dá)也可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)按摩，起到一定的舒緩堵塞的作用。從而起到預(yù)防因側(cè)臥的睡姿壓迫乳房導(dǎo)致的壓奶問(wèn)題。

2 智能系統(tǒng)的優(yōu)化要點(diǎn)

根據(jù)受訪者描述，當(dāng)側(cè)睡到達(dá)一定時(shí)間，乳汁淤積達(dá)到一定重量，才會(huì)引發(fā)壓奶問(wèn)題。穿戴者可能因?yàn)榕既坏姆碛|動(dòng)裝置，也可能側(cè)臥壓了很久也并未啟動(dòng)裝置。這樣會(huì)給消費(fèi)者生活帶來(lái)不便。因此，智能文胸智能模塊發(fā)揮作用不僅需要確定合適的壓力感應(yīng)點(diǎn)（即哪個(gè)位置感應(yīng)的最準(zhǔn)確），更需設(shè)定一個(gè)確切的壓力閾值范圍（即壓力傳感器感受到多大的壓力時(shí)啟動(dòng)裝置）。

3 智能模塊部件及參數(shù)的優(yōu)化

3.1 壓力傳感裝置

壓力傳感裝置是智能模塊壓力感應(yīng)的核心部件，綜合調(diào)研和專(zhuān)家咨詢(xún)，最終選取了RFP薄膜壓力傳感器（圖2）。傳感器類(lèi)型是單點(diǎn)式的，觸感區(qū)的尺寸為直徑15mm（±1mm），薄膜傳感器的厚度為0.2mm，幾乎可以忽略不計(jì)，提高了穿戴的舒適性，該款壓力傳感器的使用壽命大于50萬(wàn)次，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)耐用的消費(fèi)者需求。

圖2 RFP薄膜壓力傳感器

3.2 壓力傳感器數(shù)量和預(yù)警壓力閾值的確定

根據(jù)調(diào)查，A罩杯女性乳房體積一般在0.17～0.22L, B罩杯女性乳房體積一般在0.26L左右, C罩杯女性乳房體積一般在0.31～0.32L, D罩杯女性乳房體積一般在0.49～0.53L[4]。由此可總結(jié)得出，罩杯與罩杯之間體積相差大約0.05～0.18L。根據(jù)資料顯示，哺乳期乳房乳汁淤積由空到滿，由滿到空，變化范圍可能二至三個(gè)罩杯[6]。所以根據(jù)乳房重量測(cè)定方法[5]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，母乳的密度大約是1.0288g/ml左右，已知容積與密度，可計(jì)算出重量，每個(gè)罩杯之間重量大約相差51～185克。資料顯示，普通成年女性乳房重量在200-350克之間，哺乳期女性乳房會(huì)明顯增大，加上乳汁的分泌，乳房重量明顯增加在102-555克之間。重量可達(dá)到302-905克左右。文胸兩側(cè)各安放五個(gè)壓力傳感器，由于該壓力傳感器的觸感尺寸為直徑15mm左右。市場(chǎng)上出現(xiàn)的薄膜壓力傳感器的量程為：100g、500g、1kg、2kg、5kg等。結(jié)合哺乳期女性壓奶現(xiàn)象發(fā)生時(shí)乳房重量變化范圍，最終選用500g的薄膜壓力傳感器。

據(jù)了解，患者家屬或者所謂月子會(huì)所從業(yè)人員等的不當(dāng)按摩，反而會(huì)造成乳腺炎癥的發(fā)生和加重[7]。該款智能文胸的內(nèi)部杯模是3D立體棉手指模，如圖3所示。科學(xué)的手捧設(shè)計(jì)，能準(zhǔn)確在掌握按摩位置。根據(jù)壓奶原理，將薄膜壓力傳感器置于杯模兩邊凸起的五個(gè)指形立體棉內(nèi)，以讀取側(cè)臥壓力值。已知，該杯模的寬為11-12cm，且每一邊都有五個(gè)手指棉，則平均一個(gè)凸起立體棉的寬度為2cm，則能放進(jìn)立體棉內(nèi)。又由于上述可得哺乳期女性乳房乳汁淤積由空到滿的重量變化可達(dá)到300-890克左右，根據(jù)選定薄膜壓力傳感器量程500g計(jì)算，可一邊放置2-3個(gè)，既節(jié)省了成本，又精確了壓力讀取的閾值。

圖3 3D立體棉手指模杯

3.3 振動(dòng)按摩元件

由于并無(wú)具體的研究表明女性胸部具體能承受的力度震動(dòng)程度，所以我們參考市場(chǎng)上出現(xiàn)的按摩震動(dòng)文胸和專(zhuān)家咨詢(xún)進(jìn)行設(shè)定。一般這類(lèi)振

圖4 震動(dòng)馬達(dá)

動(dòng)按摩文胸使用的電池容量為1200毫安至2200毫安左右，輸出電壓為4.2V-8.4V左右，額定功率是5W-15W左右。考慮人體能承受的安全電壓范圍為0-37V，參照電動(dòng)牙刷的工作電壓和振動(dòng)頻率，哺乳期智能文胸結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的震動(dòng)馬達(dá)的工作電壓為3.7V（圖4），工作電流為85AM，且每分鐘轉(zhuǎn)速為12000轉(zhuǎn)。震動(dòng)馬達(dá)的大小差不多紐扣大小，直徑為12mm，厚度為2.7mm，基本符合人體穿著舒適。

3.4 震動(dòng)按摩系統(tǒng)的時(shí)間確定

據(jù)統(tǒng)計(jì)，哺乳期乳腺炎的發(fā)病原因多是因?yàn)閴耗虇?wèn)題。大部分女性在哺乳期間經(jīng)平均經(jīng)歷4-6次壓奶，哺乳期間最多壓奶次數(shù)可達(dá)10-15次。針對(duì)此項(xiàng)問(wèn)題，課題組選取100名20-40歲哺乳期有過(guò)壓奶經(jīng)歷的女性進(jìn)行詳細(xì)的采訪調(diào)查。從整理的側(cè)臥壓奶時(shí)間（如表1所示）可見(jiàn)，1小時(shí)至1.5小時(shí)發(fā)病率較高。由此可見(jiàn)，女性側(cè)睡超過(guò)2個(gè)小時(shí)內(nèi)就會(huì)因?yàn)槿榉咳橹俜e而導(dǎo)致壓奶癥狀，一般最佳處理時(shí)間在側(cè)臥時(shí)間達(dá)到一至一個(gè)半小時(shí)。

表1 側(cè)臥壓奶時(shí)間統(tǒng)計(jì)

3.5 振動(dòng)定時(shí)裝置

利用智能壓力傳感震動(dòng)智能設(shè)備，無(wú)需開(kāi)關(guān)控制，感壓自動(dòng)計(jì)時(shí)，精準(zhǔn)數(shù)字化輸出，計(jì)時(shí)到壓奶臨界點(diǎn)，自動(dòng)以強(qiáng)度由小到大的力度進(jìn)行漸進(jìn)震動(dòng)，舒緩并提醒穿戴者。若在臨界點(diǎn)前壓感弱化達(dá)到一定時(shí)間，計(jì)時(shí)清零，以此不斷循環(huán)。震動(dòng)按系統(tǒng)設(shè)定為兩邊各五個(gè)與壓力傳感器并聯(lián)，通過(guò)不同部位的同時(shí)震動(dòng)總和達(dá)到所需效果。

3.6 線路連接方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)

考慮到文胸中零件導(dǎo)線數(shù)量過(guò)多，將部分電路采用小型FPC（柔性電路板）（圖6），外加紐扣電池做供電源，增加穿著舒適性的同時(shí)也減小了產(chǎn)品的體積和重量。同時(shí)采用多種新型功能面料以及具有導(dǎo)電性能的縫紉線（圖7），提高連接線路口處的信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，縫紉線的柔韌性解決了穿戴中導(dǎo)線彎折的安全隱患，同時(shí)也使得接口處更加美觀舒適。

圖6 柔性電路板

圖7 導(dǎo)電縫紉線

4 結(jié)束語(yǔ)

母乳喂養(yǎng)無(wú)論是對(duì)于產(chǎn)婦的健康還是嬰兒的成長(zhǎng)都具有重要意義，女性在哺乳過(guò)程中由于各種因素的影響易發(fā)生乳腺炎，哺乳初期發(fā)病率最高[8]。通過(guò)引入智能預(yù)警系統(tǒng)和自動(dòng)按摩系統(tǒng)，附加傳統(tǒng)哺乳文胸新的功能，及時(shí)舒緩壓奶帶來(lái)的一系列問(wèn)題，達(dá)到預(yù)防乳腺炎的設(shè)計(jì)初衷。目前此款文胸的開(kāi)發(fā)尚處在初始階段，有許多地方進(jìn)行改進(jìn)，今后將持續(xù)開(kāi)展哺乳期智能文胸智能模塊的發(fā)展也將越來(lái)越全面，將解決越來(lái)越多的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)服裝的智能性。