科技前沿在智能这件事上，衣服也卷起来了？

　　封面新闻记者边雪
　　为了打破每年必长胖的春节魔咒，林梓妍（化名）提前半个月，就给自己安排上了每天做一小时的刘耕宏女孩。但阳康没多久的林梓妍在坚持了3天高强度的健身后，就意外扭到了小腿。
　　如果运动者穿上智能服装，就相当于将传感器安装在了衣服上，如果再进行打篮球、打网球或者做瑜伽等运动时，每一个动作的幅度都通过传感器被记录。厦门大学副教授（双聘）、中国计算机学会、IEEE高级会员郭诗辉在接受采访时表示，通过智能服装，将会实时根据运动标准来提醒运动者规范每一个动作，同时也能避免运动者受伤。
　　在进入万物互联的时代下，可穿戴设备成为一个无时限、无界限概念的新数据流量入口，基于大数据、物联网、技术创新等层面应运而生的智能服装，会迎来发展的蓝海吗？正在以围绕虚拟现实中的体感交互，特别是基于柔性传感器的智能服装为研究领域的郭诗辉团队认为，未来，智能服装将具备智能感知和交互的功能。
　　带有传感器的智能健身服装示意图。（图片来源：网络）
　　问世十多年的智能服装要火起来了？
　　十多年来，带有传感器的智能服装和下一代纺织品可以将人们的衣柜转变为健康追踪服装，智能服装产业的光明前景似乎就在眼前。
　　新加坡国立大学（NUS）的一个研究小组就开发了一种智能手机驱动的运动服，这种智能服装能够在运动员外出比赛时为运动员提供姿势、跑步步态和体温等生理数据。而其研究结果2022年已发表在《自然通讯》（NatureCommunications）杂志上。
　　这些想法不仅仅来自高校或创业公司，李维斯（Levis）和UnderArmour都曾提出运动夹克的想法作为一种提供触摸控制快捷方式和训练装备，可以追踪穿衣者的运动情况和生命体征。
　　但实际上，这些美好的设想并没有取得成功。尽管研究人员已经在将传感器和电路编织到衣服中这个方面做得更好，但智能纺织品并不像普通衣服那样耐用或防水，它们需要不断接触皮肤才能工作，还有可能会出现各种各样的问题。
　　织物作为与人接触时间最长的物品，实现织物的智能化是获取人体状态信息的重要方式之一。智能服装的特色之处在于利用织物传感器监测人体运动信号，从而实现运动跟踪的目的。郭诗辉解释，织物传感器作为人体运动状态的监测手段，是传感器、计算机图形学、计算智能等跨领域交叉的问题，是新兴、重要且有探索的方向。
　　智能服装始终没能特别流行，到底是什么原因？智能服装虽然是一种大众消费品，但是还没有一个场景提供大众化的智能服装功能需求。郭诗辉告诉封面新闻记者：举个例子，用于动作捕捉的智能服装在前几年可以说是‘有劲儿没处使’，但近些年的硬件算力增加、AI和图形学算法不断优化，让虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术快速发展，随之而来的‘元宇宙’概念更是激发了大家对人体数字化重建的极大热情。所以在某个能提供大众化智能服装需求的场景出现之前，智能服装确实没流行起来。
　　当下，智能手表都可以实现追踪睡眠、锻炼数据，监测你的心率是否有潜在的心律失常，并观察可能的呼吸暂停等功能，但无法更进一步感知人体的异常。在未来，智能服装将服务于人，同时成为人类的连接器，满足人们在各种状态下的功能。郭诗辉认为，现在很多事要靠手机、手环等外部设备的功能，以后都能植入服装，让生活更加便利和智能化。
　　郭诗辉在科博会现场介绍路演项目。（图片来源：封面新闻记者拍摄）
　　高科技智能服装：私人健康护理师
　　郭诗辉告诉记者，目前市面上的智能服装从应用领域大致分为生活娱乐，体育锻炼、医疗保健和军事设备类别。比较成熟的产品有HexoskinSmart的健身T恤、Nadix瑜伽裤、Ambiotex智能贴身上衣（能够进行跌倒检测和警报功能）以及能够给人按摩的AiraWear按摩服。
　　对于普通人而言，智能服装除了健身，可作用的场景还有很多。郭诗辉指出，生活娱乐和医疗健康是我们重点关注的方向，特别是对患者制定个性化的康复方案，智能服装也具有重要价值。
　　值得注意的是，最初专为运动员设计的智能服装，在发展之余都兼具了医疗的功能，CircuiteX、SmartLife、Clothing和Ohmatex等公司纷纷推出了自己的智能服装，有的可以测量心率和呼吸频率，有的可以帮助预测心脏病，甚至还有监测穿着者是否水肿的特殊袜子。
　　在探索智能服装的潜力上，研究人员不遗余力地设想智能服装的更多可能。2022年，郭诗辉带领的课题组在Hindawi旗下开源期刊JournalofSensors发表了以IntelligentSensorsandInternetofMedicalThingsforSmartHealthcare为主题的研究论文，作为该研究论文的通讯作者，郭诗辉主要从事虚拟现实、人机交互、计算机图形学的研究工作。这项研究提出了一种基于柔性传感器的人体姿态跟踪方法。通过分析计算捕捉到的姿态以获得上肢的关节角度，并利用该角度连续评估上肢运动的EMG信号。
　　这项研究的实验结果表明，长短时记忆网络能够有效解决柔性传感器的非线性和迟滞问题，堆叠模型能够很好地回归出关节角度数据和EMG信号数据。该方法为未来家庭健康监测和运动指导提供了更多的可能性，例如，用户可以基于该系统实现在线医疗和在线诊断。
　　《应用物理杂志》上也曾发表过一篇题为《智能纺织品：未来时尚工具箱》的文章，其中列出了智能服装可能具有的潜在特征，其中包括自我修复小伤口、调节热量和气流、监测伤口并进行治疗等特殊功能。
　　郭诗辉在科博会现场介绍路演项目。（图片来源：封面新闻记者拍摄）
　　智能服装想要拓宽市场道阻且长
　　如今市场上的大多数智能服装，是由传统材料制成后，将电路缝合在衣服上，可实现信号从传感器传送到接收器。还有一小部分智能服装是由特殊纺织品制成，它们通过传导电或压力、热量的差异做出反应，并将这些信号发送给接收器，从而识别出人体的变化，以Nike的AeroAdapt技术为例，该技术通过将织物聚集在一起，以打开透气间隙，从而对水分（例如汗液）做出反应。
　　由于柔性传感导线都集于一件衣服上，背后的算法也会产生很多噪声。郭诗辉向封面新闻记者表示，未来几年，或许智能服装面临的最大困难仍是工程领域的制造问题集成化柔性电路和柔性导线、新型柔性传感器，以及上述柔性部件与纺织面料的复合等。
　　在材料科学进步的同时，人们对美的追求也在快速提升。在郭诗辉看来，智能服装的科技和设计缺一不可。智能服装说到底还是服装，是一种供人们日常穿戴的大众消费品，所以我们团队在研发产品之初就定下了科技与设计这两方面的目标：前者的目标是研发使用新型传感器，在创新算法的支持下实现智能服装的‘智能性’提升；后者的目标是保证智能服装的视觉效果美观、穿着舒适，尽可能做到大家在日常生活中想穿就穿、在哪儿都能穿。在这样‘两把抓’的研发背景下，科技与设计就自然而然地在产品中平衡了。
　　解决了穿得好看这件事，研发人员还在探索智能服装能穿在哪和能穿多久的问题。2021年4月出版的《应用科学》杂志上曾公布的一项调查发现：受访者之所以拒绝购买智能服装，是因为他们担心性能、耐用性和可用性。
　　不难发现，大部分市场上被称之为智能服装的商品，并不具备普通服装的耐穿和可洗的性质。如果真的能帮助我更好完成运动，我会很愿意尝试智能健身服装。林梓妍直言，但如果衣服不耐穿或者只能在特定的场合穿，她也可能只会图新鲜不会重复购买。运动是我的日常例行项目，如果过一段时间就要重新买智能运动衣，那我可能负担不起。
　　对此，郭诗辉带领的团队已经进行了多种模式的尝试。在设计并制作完成一款基于柔性拉伸传感器的服装后，我们考虑到，面向大众的智能服装应当有更强的穿戴舒适性和更加自然的外观，毕竟大众消费者的使用场景不能够局限在家中或者专业场地中，一套紧身的连体服明显不能满足大家随时随地想穿就穿的愿望。
　　郭诗辉告诉封面新闻记者，他们正着手设计制作一套全新的宽松休闲智能服装，其中传感器部分也进行了升级，更换了运动追踪更加精准的惯性传感器和硅胶基角度传感器。智能服装的发展普及任重而道远，我们团队也希望能尽自己的力量，在一次次的迭代中把更成熟智能服装带到大众视野当中。
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