文|陳述根本 陳根
當(dāng)前，可穿戴設(shè)備日漸成熟，從智能手表/手環(huán)到智能戒指、智能眼鏡等，可穿戴設(shè)備逐漸進(jìn)入人們的生活。在這樣的背景下，隨著人們對高科技產(chǎn)品興趣和體驗(yàn)感的提高，智能衣物在健康、體育與時尚領(lǐng)域也日漸引起人們的注意。
2014年，IEEE可穿戴計(jì)算大會首次舉辦了智能衣物專題研討會。智能衣物專題研討會中，國際智能穿戴組織認(rèn)為，近年新的智能服裝將逐漸進(jìn)入市場，這些產(chǎn)品大多數(shù)會與健康、健身有關(guān)。有數(shù)據(jù)顯示，2017年，全球智能織物市場的價值為17.2億美元，預(yù)計(jì)到2023年將達(dá)到40.8億美元。這意味著，在這五年期間復(fù)合年增長率（CAGR）將超過19%。
如今，智能織物的浪潮已經(jīng)從學(xué)術(shù)界蔓延至商業(yè)市場，并且沖擊著現(xiàn)下的移動終端的產(chǎn)業(yè)和市場格局，致使科技巨頭們也加碼布局智能織物。在智能織物研發(fā)不斷突破，新專利頻現(xiàn)的情況下，智能織物離我們的生活還有多遠(yuǎn)？
連接人與智能設(shè)備真正的鑰匙
智能織物，本質(zhì)上是一種可穿戴設(shè)備。因此，要了解智能織物，還要先對可穿戴設(shè)備有一定的了解。
不同于人工智能的概念，人工智能側(cè)重于對人類智能的模仿或仿真。而可穿戴設(shè)備追求“以人為中心”，以及人機(jī)的緊密結(jié)合，強(qiáng)調(diào)對人類智能的增強(qiáng)，進(jìn)而衍生出一種新的智能方式，即人類智能與機(jī)器智能結(jié)合的智能形態(tài)，強(qiáng)調(diào)機(jī)器智能對人類智能的增強(qiáng)。
或者簡單的來說，可穿戴設(shè)備，或者說智能穿戴設(shè)備，就是將人以及人的生命體態(tài)特征數(shù)據(jù)化。是鏈接人與智能設(shè)備的鑰匙，是鏈接人與元宇宙之間的唯一鑰匙。
可以說，可穿戴追求的就是對人的數(shù)據(jù)化，是對人的長期、動態(tài)、隨行、生體態(tài)特征的觀測、呈現(xiàn)或介入，并由此引發(fā)生人的生理信息、心理、運(yùn)動信息等行為的數(shù)據(jù)化。同時，可穿戴系統(tǒng)是一種承載著元宇宙世界里，人與萬物互聯(lián)、互通、互動的關(guān)鍵載體，支持隱形和自然的交互。
從商業(yè)角度來看，可穿戴設(shè)備一個最大的價值，也是區(qū)別于當(dāng)前智能家居、智慧城市、或是物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的最核心的一項(xiàng)價值，就在于它是移動互聯(lián)網(wǎng)時代唯一能承載，并實(shí)現(xiàn)人與智能硬件連接的設(shè)備。也是元宇宙的唯一鑰匙。
而當(dāng)前的智能手機(jī)也與智能家居等智能硬件設(shè)備，在本質(zhì)上并沒有太大區(qū)別，只是手機(jī)作為一種通訊工作，我們賦予了它更多的功能。但可穿戴設(shè)備與手機(jī)之間最核心的區(qū)別就在于人與物之間的數(shù)據(jù)化連接?？纱┐髟O(shè)備可以在真正意義上植入人體，綁定人體，識別人體的生命體態(tài)特征，將人體的這一切都數(shù)據(jù)化。
可穿戴設(shè)備的價值，不僅僅在于它是移動互聯(lián)網(wǎng)新的價值入口，而是在于，在下一輪的商業(yè)浪潮中，智能、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等行業(yè)，尤其是未來將要來到的元宇宙時代，若要想與人進(jìn)行連接，與人進(jìn)行互動，并通過為人解決問題獲得商業(yè)價值，就必須借助于智能穿戴這把人體鑰匙才能有效開啟，這樣一種不可替代的作用。
基于此，智能衣物或電子織物通過追求與普通衣物的形態(tài)一致，以及穿戴舒適性，來為這個目標(biāo)提供支撐。其中，人們理想的智能織物就是將元器件和相關(guān)的連接無感化的編織進(jìn)布料中，呈現(xiàn)出“二維”或“平面”電路形態(tài)，實(shí)現(xiàn)“普通衣物”的形態(tài)和特質(zhì)，因而不易被察覺，從而增強(qiáng)了可穿戴性，而且不會因?yàn)橥怀龅哪K或線纜而與環(huán)境中物體纏掛。
或者因?yàn)橹踩肓酥悄軅鞲衅饕约跋嚓P(guān)的電子器件，而使智能織物看起來很不自然。這意味著，電子系統(tǒng)將從剛性、封裝中解脫出來，可與我們?nèi)粘Ｉ钪械睦w維、織物密切結(jié)合，分布在衣物中。
由于智能衣物適合應(yīng)用于對人的生命體態(tài)特征，以及行為數(shù)據(jù)的實(shí)時檢測與數(shù)據(jù)化，以及可以基于智能織物實(shí)現(xiàn)體感交互。因此，當(dāng)前，智能織物已經(jīng)成為新興的身體傳感網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分，可使傳感和驅(qū)動設(shè)備安置于身體的各個部位，形成身體傳感網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)分布式、多通道、多模態(tài)的測量結(jié)構(gòu)。
正如微軟公司在《人類的本質(zhì)：2020年的人機(jī)交互》報(bào)告中所指出的：“計(jì)算機(jī)和人類之間的生理界限將變得模糊，目前存在于人機(jī)界面之間牢固的界限正在消失，這種界面會離我們越來越近，電子裝置將融入我們的衣服甚至身體”。
智能織物大有可為
雖然智能織物如今才越來越頻繁地出現(xiàn)在不同的新聞報(bào)道中，但智能織物的發(fā)展已經(jīng)有了很長一段時間。
最初，智能織物主要應(yīng)用于航空和軍事等尖端領(lǐng)域。1989年，日本的高木俊宜教授將信息科學(xué)融于材料物性和功能，首先提出智能材料的概念。現(xiàn)在，科技的發(fā)展使具有高附加值的高科技智能服裝逐漸商業(yè)化并越來越成為服裝工業(yè)的未來。智能紡織品和服裝正在對從體育到國防等多個行業(yè)產(chǎn)生巨大影響。
在體育與健身方面，智能織物正被休閑和專業(yè)運(yùn)動員用來監(jiān)測鍛煉期間的生命體征并提高成績。運(yùn)動員可以跟蹤進(jìn)展，并衡量他們是否有所收獲。最新的技術(shù)進(jìn)步正在指導(dǎo)個人進(jìn)行鍛煉。
比如，Nadi X智能瑜伽褲就是一款高科技瑜伽褲，其內(nèi)置有感應(yīng)和觸感（振動）裝置，可識別各種瑜伽姿勢并指導(dǎo)您完成瑜伽練習(xí)。具備藍(lán)牙功能的褲子可以連接到應(yīng)用程序，從而允許用戶從各種姿勢中進(jìn)行選擇。
2017年年底，Twinery MAS將時尚和安全性與其新款夾克Nova完美結(jié)合起來。這款柔軟輕便的夾克采用嵌入式照明技術(shù)，可在450英尺遠(yuǎn)的距離保持穿著者的可見性。這些燈充電后可以持續(xù)八個小時。
在醫(yī)療行業(yè)，預(yù)計(jì)到2027年，醫(yī)用智能織物市場的復(fù)合年增長率將達(dá)到9.5%。這種增長得益于通過智能紡織品監(jiān)測甚至治療患者的能力的增強(qiáng)，而醫(yī)務(wù)人員所需的互動將減少。醫(yī)用智能織物最典型的應(yīng)用就是在衣服中嵌入傳感器和數(shù)字技術(shù)，以監(jiān)測患者的心率、血壓、呼吸和其他生命體征。
智能織物公司Xenoma就表示其正在開發(fā)可用于醫(yī)療患者的智能病號服。嵌入式傳感器可檢測活動，并在患者活動時提醒工作人員。這些傳感器能夠監(jiān)測患者，并在不使用凝膠或液體的情況下保持皮膚的導(dǎo)電性，并且可以承受100次以上的清洗。
在通信方面，電子紡織品為社交媒體打開了新的大門，為人們相互交流和共享信息創(chuàng)造了新的方式。Google與Levi Strauss合作生產(chǎn)了一款采用Google Project Jacquard智能技術(shù)的智能夾克。夾克使用藍(lán)牙和導(dǎo)電線與關(guān)聯(lián)的智能手機(jī)應(yīng)用程序通信。用戶可以通過夾克左袖上的一塊 touch-sensitive fabric 區(qū)域播放或暫停音樂、進(jìn)行導(dǎo)航、接聽電話等。
Jansport開發(fā)了一款由可編程智能織物制成的背包，將其變成社交媒體的工具。用戶可以與附近的人共享歌曲、視頻、Facebook頁面和網(wǎng)站鏈接。這種交換是通過一個應(yīng)用程序進(jìn)行的，人們只需把智能手機(jī)放在背包附近就可以了。其背后的技術(shù)類似于QR碼，但已融入背包設(shè)計(jì)中。每個背包都有獨(dú)特的設(shè)計(jì)，這使得它可以被應(yīng)用程序識別。
可以說，智能織物將是紡織領(lǐng)域的一次重大革新，帶動了整個領(lǐng)域的智能化理念的深入。在紡織與其他學(xué)科，特別是計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和通訊技術(shù)的結(jié)合中，產(chǎn)生了很多以前都無法想象的數(shù)碼服裝、紡織物，為服裝的定義添加了新的內(nèi)容，優(yōu)化了人的“第二皮膚”。
智能織物還差一個“現(xiàn)象級”應(yīng)用
歸根到底，可穿戴設(shè)備才是連接人與智能設(shè)備真正的鑰匙，是鏈接人與元宇宙的關(guān)鍵鑰匙，也是唯一鑰匙。也正是基于此，作為可穿戴設(shè)備領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)，也就是智能織物，它的潛力正隨著技術(shù)的不斷成熟而不斷擴(kuò)大。從目前全球的發(fā)展趨勢來看，不論是學(xué)術(shù)團(tuán)體，抑或是商業(yè)巨頭，都在布局智能紡織領(lǐng)域。
比如，近日，蘋果的一項(xiàng)新專利表明，蘋果正在研究如何將傳感器和開關(guān)編織到織物中，并可用于智能包、家具、服裝等。這項(xiàng)名為“織物控制設(shè)備”的蘋果專利，主要涉及將任何東西嵌入織物的細(xì)節(jié)。而蘋果為什么要花大力氣布局智能織物這一領(lǐng)域呢？核心原因就是在未來的元宇宙時代，真正能夠?qū)⑷伺c元宇宙實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通、互動的唯一載體，就是可穿戴設(shè)備，智能服飾就是其中的關(guān)鍵載體之一。
蘋果在這項(xiàng)專利描述中，集中討論了如何讓織物物品成為控制裝置的問題。在列舉了每一種可以想象的電子設(shè)備類型后，該專利接著給出了更具體的、可立即識別的織物項(xiàng)目。此前，蘋果還獲得了一項(xiàng)專利，即通過智能手套控制Mac。新的專利將其擴(kuò)大到幾乎所有可以用織物包裹的東西。
然而，雖然關(guān)于智能織物的相關(guān)技術(shù)和專利不斷突破，但一個客觀的事實(shí)是，時至今日，進(jìn)入市場的商品依然并不多見。而這背后最重要的原因是，到目前為止，在智能織物領(lǐng)域還缺少那種帶動智能衣物新興產(chǎn)業(yè)的“現(xiàn)象級”應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)都還處于不斷的完善、優(yōu)化與發(fā)展中。
目前，智能織物面臨許多關(guān)鍵問題與挑戰(zhàn)。比如，為了保證穿戴的舒適性和良好的用戶體驗(yàn)，智能織物在實(shí)現(xiàn)電氣方面要求的同時，還要滿足特殊的機(jī)械性能。然而，就目前的技術(shù)水平而言，若電氣性能好，則在柔性和彈性、舒適度方面就相對差些，也更缺乏可洗性，反之亦然。
事實(shí)上，當(dāng)前，相對于電子行業(yè)，智能紡織發(fā)展還處在初始階段。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的庫尼貢德認(rèn)為，目前電子領(lǐng)域產(chǎn)品開發(fā)依然占據(jù)主導(dǎo)地位，因此，大多數(shù)研究專注于如何將芯片和計(jì)算系統(tǒng)集成到衣服或如何克服耐洗性等技術(shù)問題，而忽視了智能織物開發(fā)和加工技術(shù)問題。
正是這種不平衡，使得電子產(chǎn)品與時尚服飾很難充分融合，智能服裝也難以從傳統(tǒng)服裝和現(xiàn)有電子設(shè)備中脫穎而出。與傳統(tǒng)電子相比，智能織物使用的環(huán)境惡劣。衣物可能要被彎曲、扭褶、重壓、磨損等，而且會遭受日曬雨淋，這就需要其電路具有極高的抗惡劣環(huán)境性能，以保證其穩(wěn)定性。
并且，目前，對于編織電路而言，還缺少像印制電路板那樣的電路設(shè)計(jì)、分析方法和工具以及自動化設(shè)計(jì)與分析的支撐。另外，還缺少標(biāo)準(zhǔn)織物器件、連接件和封裝技術(shù)。電子織物的機(jī)械制造環(huán)境也很苛刻。柔性顯示器件的最小許可彎曲直徑一般為幾厘米，而織物纖維在編織過程中的彎曲直徑會小于1毫米。沒有高強(qiáng)度拉伸壓力的電子織物往往會在機(jī)械制造過程中受到磨損、發(fā)生斷裂，甚至損壞機(jī)器。此外，在智能織物領(lǐng)域還缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與適合的測試方法，還沒有形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈。
可以說，智能織物的發(fā)展上，技術(shù)和制造水平目前還無法滿足相應(yīng)的需求，并且需要多學(xué)科緊密交叉與成果的共享才有可能為其發(fā)展提供足夠的推動力。當(dāng)然，不論現(xiàn)實(shí)發(fā)展還面臨多少困境，如今在研究領(lǐng)域，智能織物都已經(jīng)成為熱點(diǎn)，也取得了諸多具有潛力的成果。在可穿戴熱潮的推動下，智能織物的明天或許很快也回到來。
而這也正是我所談?wù)摰?，在智能可穿戴設(shè)備還沒有成熟之前，談?wù)撛钪娑际遣磺袑?shí)際的空談。而做為承載著鏈接人與元宇宙鑰匙這一使命的，可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵成員，也就是智能服飾，目前在產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面都還困難重重。整個產(chǎn)業(yè)連都還一直處于突破、優(yōu)化的階段，那么此時談?wù)撛钪?，此時描繪元宇宙就顯的非常不切實(shí)際。
但可以肯定的是，在元宇宙實(shí)現(xiàn)之前，在元宇宙到來的那一天之前，智能服飾一點(diǎn)會成為每一個人生活穿戴的必需品，一把鏈接人與現(xiàn)實(shí)與虛擬世界的鑰匙。