將二極管和傳感器直接織入纖維中，開啟智能服裝新時代

近日，《自然》網(wǎng)站新發(fā)表了一項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聚合物纖維中，以此來提高織物的性能和功能的研究。該項技術(shù)早在1993年的麻省理工學(xué)院媒體實驗室誕生，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，通過運用服裝材料和信息及微電子技術(shù)，來探測人體生理參數(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，將其融入紡織物當中，可以對織物實施通信和生理監(jiān)測，從而讓人穿戴在身上，因此，被叫做新型可穿戴電子設(shè)備，簡單的說就是智能服裝。服裝作為人類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。

智能服裝對人體健康探測和監(jiān)控主要是兩個方面實現(xiàn)：

傳感器是一種能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、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)護監(jiān)測功能應(yīng)用的是醫(yī)學(xué)傳感器、周邊傳感器和無線傳感器。

1、醫(yī)學(xué)傳感器：能把各種被觀測的生物醫(yī)學(xué)中的非電量轉(zhuǎn)換為易觀測的電量的器件或裝置。能夠擴大人的感官功能，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)測量的一個重要環(huán)節(jié)，可以參與記錄生理和運動機能的各種參數(shù)；

2、周邊傳感器：是一種用來監(jiān)控外部環(huán)境的裝置，記錄反饋對你自身產(chǎn)生改變和影響的信息，來協(xié)助醫(yī)學(xué)工作，比如我們熟知的測量體溫或天氣溫度的溫度計、空氣質(zhì)量監(jiān)測二氧化碳探測器等等；

3、無線傳感技術(shù)：是無線發(fā)射機和自發(fā)備電系統(tǒng)的集成，可以對信息進行采集，對人體和區(qū)域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信號進行處理，降低智能服裝處理器的工作負載，提高解決一些生理信號的速度。

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

信號與系統(tǒng)里面，信號處理過程是由信息處理單元來實現(xiàn)的，也就相當于一個低版本的計算機，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能電池和鞋子內(nèi)置壓電陶瓷等技術(shù)得以實現(xiàn)，利用人體溫度和呼吸頻率來獲取人類生體活動供能的信息，提高了信息處理的效率，并對信息的準確可靠性提供了保障。

微型化處理芯片對生理信息處理，首先進行采樣，將傳感器獲得的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后實時測量需要時間標記并進行測量同步，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，過濾無用信息，再對生理信息的參數(shù)進行選擇，然后針對識別、預(yù)測和推斷生理狀態(tài)的辨別能力進行處理，最后將得到的結(jié)果參數(shù)進行指導(dǎo)分類，來判斷辨別各種癥狀的類型及康復(fù)的程度等等。

當然，智能服裝想要實現(xiàn)健康監(jiān)護功能，必須解決一個很大的難題，這個難題就是采集生理信號并進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展性，因此，在衣服織物上加上半導(dǎo)體器件，可以得到一個通過電連接二極管光纖實現(xiàn)的可擴展熱拉伸工藝技術(shù)，這項工藝技術(shù)恰恰可以滿足我們研發(fā)過程中，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，人體運動后排汗等生理反應(yīng)的條件。半導(dǎo)體傳感器中二極管可以針對心率進行測量，也正好證明它們可以作用在全織物生理狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，通過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。