將二極管和傳感器直接織入纖維中，開(kāi)啟智能服裝新時(shí)代

近日，《自然》網(wǎng)站新發(fā)表了一項(xiàng)新型織物的制造方法：將發(fā)光二極管和傳感器直接織入紡織級(jí)聚合物纖維中，以此來(lái)提高織物的性能和功能的研究。該項(xiàng)技術(shù)早在1993年的麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室誕生，其將電子信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、紡織科學(xué)及材料科學(xué)等前沿技術(shù)融入，通過(guò)運(yùn)用服裝材料和信息及微電子技術(shù)，來(lái)探測(cè)人體生理參數(shù)和健康監(jiān)控。

半導(dǎo)體二極管是通訊和傳感器技術(shù)的最基礎(chǔ)的構(gòu)件，將其融入紡織物當(dāng)中，可以對(duì)織物實(shí)施通信和生理監(jiān)測(cè)，從而讓人穿戴在身上，因此，被叫做新型可穿戴電子設(shè)備，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是智能服裝。服裝作為人類(lèi)生活必不可少的物品，智能服裝或許可以取代其他健康監(jiān)控設(shè)備，成為健康監(jiān)控領(lǐng)域中的佼佼者。

智能服裝對(duì)人體健康探測(cè)和監(jiān)控主要是兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：

傳感器是一種能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求的器件或裝置。而智能服裝中健康監(jiān)護(hù)監(jiān)測(cè)功能應(yīng)用的是醫(yī)學(xué)傳感器、周邊傳感器和無(wú)線傳感器。

1、醫(yī)學(xué)傳感器：能把各種被觀測(cè)的生物醫(yī)學(xué)中的非電量轉(zhuǎn)換為易觀測(cè)的電量的器件或裝置。能夠擴(kuò)大人的感官功能，是構(gòu)成各種醫(yī)療分析和診斷儀器的關(guān)鍵部件，是醫(yī)學(xué)測(cè)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，可以參與記錄生理和運(yùn)動(dòng)機(jī)能的各種參數(shù)；

2、周邊傳感器：是一種用來(lái)監(jiān)控外部環(huán)境的裝置，記錄反饋對(duì)你自身產(chǎn)生改變和影響的信息，來(lái)協(xié)助醫(yī)學(xué)工作，比如我們熟知的測(cè)量體溫或天氣溫度的溫度計(jì)、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)二氧化碳探測(cè)器等等；

3、無(wú)線傳感技術(shù)：是無(wú)線發(fā)射機(jī)和自發(fā)備電系統(tǒng)的集成，可以對(duì)信息進(jìn)行采集，對(duì)人體和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行處理，降低智能服裝處理器的工作負(fù)載，提高解決一些生理信號(hào)的速度。

智能服裝的核心功能就是監(jiān)護(hù)健康，對(duì)人體的生理信息進(jìn)行處理，具體生理信息處理工程如下圖：

信號(hào)與系統(tǒng)里面，信號(hào)處理過(guò)程是由信息處理單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就相當(dāng)于一個(gè)低版本的計(jì)算機(jī)，被叫做微型化處理芯片。

微型化處理芯片可以讓衣服安裝太陽(yáng)能電池和鞋子內(nèi)置壓電陶瓷等技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，利用人體溫度和呼吸頻率來(lái)獲取人類(lèi)生體活動(dòng)供能的信息，提高了信息處理的效率，并對(duì)信息的準(zhǔn)確可靠性提供了保障。

微型化處理芯片對(duì)生理信息處理，首先進(jìn)行采樣，將傳感器獲得的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，然后實(shí)時(shí)測(cè)量需要時(shí)間標(biāo)記并進(jìn)行測(cè)量同步，以滿足不同生理樣本的要求。再提取和保留人體有用的信息，過(guò)濾無(wú)用信息，再對(duì)生理信息的參數(shù)進(jìn)行選擇，然后針對(duì)識(shí)別、預(yù)測(cè)和推斷生理狀態(tài)的辨別能力進(jìn)行處理，最后將得到的結(jié)果參數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)分類(lèi)，來(lái)判斷辨別各種癥狀的類(lèi)型及康復(fù)的程度等等。

當(dāng)然，智能服裝想要實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)護(hù)功能，必須解決一個(gè)很大的難題，這個(gè)難題就是采集生理信號(hào)并進(jìn)行處理功能的傳感器如何完美嵌入到衣服織物上。我們都知道衣服織物的纖維具有可擴(kuò)展性，因此，在衣服織物上加上半導(dǎo)體器件，可以得到一個(gè)通過(guò)電連接二極管光纖實(shí)現(xiàn)的可擴(kuò)展熱拉伸工藝技術(shù)，這項(xiàng)工藝技術(shù)恰恰可以滿足我們研發(fā)過(guò)程中，必須考慮的人體穿戴舒適度，以及在溫度變化，光線和濕度含量影響下，人體運(yùn)動(dòng)后排汗等生理反應(yīng)的條件。半導(dǎo)體傳感器中二極管可以針對(duì)心率進(jìn)行測(cè)量，也正好證明它們可以作用在全織物生理狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，通過(guò)提高熱拉伸紡織品纖維中的器件密度和功能，遵循摩爾定律，可以使得智能服裝技術(shù)日益精進(jìn)。