作者：貿(mào)澤電子，Peter Brown 當(dāng)提到可穿戴設(shè)備時(shí)，大多數(shù)人會(huì)想到戴在手腕上的智能手表、健身監(jiān)視器和心率監(jiān)測(cè)器等。然而，可穿戴設(shè)備市場(chǎng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了這些標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，在多個(gè)不同領(lǐng)域的新興市場(chǎng)已經(jīng)暫露頭腳。能夠提供醫(yī)療保健功能的智能服裝便是眾多新型市場(chǎng)中的一個(gè)，它是將電子產(chǎn)品編織到襯衫、毛毯、繃帶、針織帽或褲子中，以此來(lái)執(zhí)行特定的護(hù)理功能。 智能服裝也可以被稱(chēng)作電子紡織品，目前正處于發(fā)展的初級(jí)階段，在醫(yī)院和其他護(hù)理機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用非常少。然而，這項(xiàng)技術(shù)的潛力是巨大的，許多醫(yī)療機(jī)構(gòu)和醫(yī)療設(shè)備制造商都在積極尋找智能服裝的試點(diǎn)項(xiàng)目，并研究最新的電子紡織技術(shù)。實(shí)際上，智能服裝在醫(yī)療保健領(lǐng)域有著這樣的期望——在未來(lái)5年里，它將顛覆整個(gè)行業(yè)。 “總體而言，醫(yī)療行業(yè)正經(jīng)歷著自身的危機(jī)，尤其是在美國(guó)和英國(guó)。”市場(chǎng)研究公司Tractica的研究主管Aditya Kaul說(shuō)，“因此，目前的重點(diǎn)應(yīng)該是解決醫(yī)療保健的本身，而不是像智能服裝這樣的技術(shù)。我們看到，在未來(lái)三到四年，智能衣服市場(chǎng)增長(zhǎng)緩慢，但那之后，將會(huì)有一個(gè)光明而增長(zhǎng)迅速的市場(chǎng)。” Tractica預(yù)測(cè)，到2021年，醫(yī)療保健市場(chǎng)智能服裝市值將從現(xiàn)在的240萬(wàn)美元增長(zhǎng)到12億美元，其中最強(qiáng)勁的增長(zhǎng)將出現(xiàn)在2019 - 2021年。 電子紡織技術(shù)和工作原理 智能服裝被看作是醫(yī)療保健的一場(chǎng)革新，人們希望利用它來(lái)監(jiān)測(cè)健康或幫助治療，從而減少對(duì)昂貴的醫(yī)療設(shè)備和醫(yī)療系統(tǒng)的依賴(lài)。智能化的服裝能夠追蹤慢性疾病，可以讓病人在住院治療期間變得更舒服，這可以幫助日益老齡化的人們，因此，這被視為一種可以創(chuàng)造價(jià)值、提高健康洞察力和降低成本的新方法。 電子紡織品不僅穿起來(lái)讓皮膚感覺(jué)舒適，而且具有一定的功能型，他們由傳統(tǒng)的纖維織物和導(dǎo)電纖維編織而成，并且集成了生物醫(yī)學(xué)傳感器、微控制器、光纖和可穿戴天線等電子元件，如貿(mào)澤電子的物聯(lián)網(wǎng)模塊。 AD公司的AD8232/33心率監(jiān)測(cè)模塊就是一個(gè)可以在電子紡織品里面使用的例子，該模塊可以用于監(jiān)測(cè)心率和測(cè)量其他的生理指標(biāo)，在有噪聲條件的環(huán)境下，提取、放大和過(guò)濾小生物信號(hào)。Intel 的Edison開(kāi)發(fā)平臺(tái)為科學(xué)家，企業(yè)家和設(shè)計(jì)師提供了物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)解決方案。它不僅是一個(gè)系統(tǒng)模塊的解決方案，更包含了可穿戴天線。 一般情況下，電子紡織品是由典型的桌面縫紉機(jī)制造出來(lái)的，這種縫紉機(jī)在電腦程序的控制下將線繡在圖案上。對(duì)于銀、鎳、碳、銅、鋁和不銹鋼等金屬纖維，他們的手感和傳統(tǒng)的線相似，也可以拿來(lái)使用。貿(mào)澤電子的Adafruit可穿戴電子平臺(tái)可以用在任何可穿戴項(xiàng)目中，它功能齊全、圓形設(shè)計(jì)、體積小、可以縫合，并且兼容Arduino。 根據(jù)導(dǎo)電纖維的編織方式，并考慮到智能服裝中電子產(chǎn)品的安裝，電子紡織品可以像普通衣服一樣進(jìn)行水洗。但很多時(shí)候，面料的耐用性仍然是一個(gè)持續(xù)存在的問(wèn)題，但考慮到很多研究人員和公司都為解決這個(gè)問(wèn)題而努力，相信這個(gè)問(wèn)題很快就會(huì)得到解決。 智能服裝的市場(chǎng)導(dǎo)向和挑戰(zhàn) 目前，智能服裝已經(jīng)成功商業(yè)化的例子非常少。其中一個(gè)原因便是，醫(yī)療領(lǐng)域的公司不愿意投資這種研究項(xiàng)目，他們大部分采取了觀望的態(tài)度。企業(yè)和制造商更愿意把市場(chǎng)轉(zhuǎn)向健康和體育領(lǐng)域，因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域，即使失敗所付出的代價(jià)也很小。 然而，在世界上的很多地區(qū)，糖尿病、心臟病、癌癥、呼吸道疾病等慢行疾病呈上升趨勢(shì)。在歐洲和美國(guó)等地，人們的壽命越來(lái)越長(zhǎng)，接收手術(shù)的數(shù)量也越來(lái)越多。智能服裝的發(fā)展會(huì)帶動(dòng)新型電子產(chǎn)品的發(fā)展和醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步。在一些臨床試驗(yàn)中，智能服裝已經(jīng)顯示出抵御傳染病的作用，而且能夠感知穿戴者的健康狀況，并幫助預(yù)防、治療和管理健康。 Luciano Boesel是瑞士研究機(jī)構(gòu)Empa適應(yīng)性紡織品和水凝膠（圖1）小組的負(fù)責(zé)人，他說(shuō):“在醫(yī)療護(hù)理方面，尤其是電子紡織品方面，會(huì)有很多機(jī)會(huì)。普通家庭長(zhǎng)期被疾病困擾的病人對(duì)疾病監(jiān)測(cè)的需求，會(huì)促進(jìn)該領(lǐng)域的快速的發(fā)展。在未來(lái)五年的時(shí)間里，我相信在醫(yī)療領(lǐng)域會(huì)有更多的創(chuàng)新紡織品解決方案。” 圖1:為防止褥瘡并監(jiān)測(cè)心率而將光纖集成到毯子或襯衫中，這是Empa研究人員正在研究的。(來(lái)源: Empa) Boesel承認(rèn)電子紡織品還面臨著很多需要解決的問(wèn)題，包括可靠性、責(zé)任和認(rèn)證等方面。監(jiān)管部門(mén)的審批流程給制造商和研究人員帶來(lái)了麻煩，因?yàn)镕DA的審批可能需要持續(xù)很多年。此外，獲得保險(xiǎn)公司的批準(zhǔn)和認(rèn)證也是一個(gè)障礙。因此，對(duì)于目前已經(jīng)進(jìn)入智能服裝行業(yè)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，需要三到五年才能取得成果。許多專(zhuān)家認(rèn)為，這一行業(yè)的拐點(diǎn)將在2020年時(shí)候出現(xiàn)。 當(dāng)前問(wèn)題的解決 James Hayward是市場(chǎng)研究公司IDTechEx的技術(shù)分析師，他認(rèn)為，如果對(duì)于技術(shù)能夠獲得更多金融或經(jīng)濟(jì)上的好處，那么智能服裝就更有可能被供應(yīng)商所采用。 Hayward說(shuō)：“將床單或床墊這樣的電子紡織品與壓力傳感器集成在一起，可以感知病人在上面的移動(dòng)，這可以用來(lái)預(yù)防病人的褥瘡，目前這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)引起了很多公司的興趣。在以前，解決褥瘡、尿失禁等花費(fèi)了醫(yī)院和護(hù)理機(jī)構(gòu)的大量的時(shí)間和金錢(qián)，如果將濕度傳感器集成到智能服裝中，用來(lái)監(jiān)視病人的排尿，可以輕松的解決這個(gè)問(wèn)題，這是一個(gè)很有投資價(jià)值的項(xiàng)目。” “如果電子紡織品繼續(xù)被證明是成功的，那么在被大眾所接受后，它將成為一種高端奢侈品” Hayward說(shuō)，“這些事情需要時(shí)間的，而伴隨著典型的醫(yī)療設(shè)備的引進(jìn)時(shí)間的下降，我預(yù)計(jì)在未來(lái)5年最多10年內(nèi)將會(huì)看到這一切，我認(rèn)為它會(huì)逐漸進(jìn)入醫(yī)療行業(yè)。” 服裝 正在與Jabil合作，批量生產(chǎn)滿(mǎn)足FDA要求的醫(yī)療等級(jí)傳感器。生物阻抗背心是眾多傳感器中的一種，它通過(guò)測(cè)量肺部的水分積聚，來(lái)表明心臟狀況，這可以幫助病人在住院前，在家里對(duì)病情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，節(jié)省時(shí)間和金錢(qián)；胸帶也是一種生物傳感器，它可以通過(guò)測(cè)量肺部的形狀來(lái)分析肺的性能；光治療毯可以用來(lái)治療嬰兒的黃疸，這樣患有黃疸的孩子可以被父母或親人抱著進(jìn)行治療，而不必向過(guò)去一樣，把孩子放到光療法的儀器中。 Edema ApS正在開(kāi)發(fā)一種可清洗的襪子，這種襪子可以通過(guò)測(cè)量患者腿部體積的變化來(lái)確定其是否患有水腫(圖2)。目前該襪子還沒(méi)有為患者所使用，但已經(jīng)進(jìn)入了準(zhǔn)備進(jìn)行臨床試驗(yàn)和驗(yàn)證的環(huán)節(jié)。未來(lái)該長(zhǎng)襪還將具備更多的功能，如用來(lái)監(jiān)測(cè)充血性心力衰竭、先兆子癇、高血壓、水腫和尿蛋白等病癥。 圖2 耐磨,耐洗的襪子,它可以用于監(jiān)測(cè)病人腿部的水腫情況，目前正準(zhǔn)備進(jìn)入臨床試驗(yàn)和驗(yàn)證階段。(來(lái)源: Edema ApS) “襪子不僅可洗，而且經(jīng)久耐用，適合家庭使用，這是這個(gè)項(xiàng)目的主打概念。襪子能夠一直監(jiān)測(cè)著腿部變化，以避免由于長(zhǎng)時(shí)間問(wèn)題旅行所造成的腿部水腫”，Edema的CEO說(shuō)。長(zhǎng)襪可以與智能手機(jī)中的APP連接，在APP里面用戶(hù)可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，以確定是否需要調(diào)整或重新定位，甚至進(jìn)行醫(yī)治。 Hexoskin是一家可穿戴服裝供應(yīng)商，他們的一直致力于生理指標(biāo)的監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，產(chǎn)品包含了為運(yùn)動(dòng)和健身市場(chǎng)而開(kāi)發(fā)的智能服裝，也包含了心臟病、呼吸、神經(jīng)病學(xué)、精神障礙和兒科學(xué)等醫(yī)療保健領(lǐng)域的電子紡織品。目前，Hexoskin正在進(jìn)行長(zhǎng)期遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的臨床試驗(yàn)，傳感器被編織到智能襯衫中，用來(lái)進(jìn)行心臟的心電圖監(jiān)測(cè)、肺功能監(jiān)測(cè)和活動(dòng)監(jiān)測(cè)。 學(xué)術(shù)引領(lǐng)方向 在電子紡織品的醫(yī)療市場(chǎng)中，大學(xué)里面對(duì)該領(lǐng)域的研究為市場(chǎng)的發(fā)展帶來(lái)了希望。 芬蘭的VTT技術(shù)研究中心正在開(kāi)發(fā)一項(xiàng)有趣的項(xiàng)目，研究人員發(fā)明了一種智能織物，它可以用在衣服或毯子中，用它做成的衣服或毯子可以根據(jù)人體的體溫和環(huán)境的溫度來(lái)判定病人所處的環(huán)境是否舒適。這樣的衣服也可以給外科醫(yī)生所使用，在手術(shù)過(guò)程中，衣服的溫度可以根據(jù)人體溫度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使整個(gè)手術(shù)過(guò)程中不會(huì)覺(jué)得太熱。 VTT公司的首席科學(xué)家Pekka Tuomaala說(shuō):“當(dāng)醫(yī)院的病人被問(wèn)及他們最不愉快的經(jīng)歷時(shí)，最常見(jiàn)的答案是感到冷，而疼痛只是排在第二的。” 俄亥俄州立大學(xué)電子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室正在對(duì)功能性電子紡織品進(jìn)行研究。他們把電子織物做成一個(gè)類(lèi)似帽子的東西，這種帽子可以通過(guò)織物天線（如Intel Edison開(kāi)發(fā)平臺(tái)）來(lái)收集、存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)，通過(guò)分析數(shù)據(jù)可以幫助判斷或治療癲癇。研究人員也在正研究智能繃帶，以告訴醫(yī)生皮下組織是否已經(jīng)痊愈。 圖3:俄亥俄州立大學(xué)正在致力于將天線和電路集成到服裝中，以用于未來(lái)的醫(yī)療保健監(jiān)測(cè)和治療。(來(lái)源:俄亥俄州立大學(xué)) “我們的目標(biāo)是讓產(chǎn)品理解我們的想法。想象一下，如果我們能讓我們的大腦再生，要做到這一點(diǎn)，我們需要了解大腦，并了解有多少神經(jīng)元是在一起工作的”，俄亥俄州立大學(xué)電子科學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任John Volakis說(shuō)。“這些智能的衣服可以讓癲癇病人在發(fā)作前坐下來(lái)，或者讓他帕金森病人體內(nèi)的細(xì)胞激活或停用。” 同時(shí),布里斯托爾大學(xué)正在從事柔性機(jī)器人服裝的研究，這種服裝可以幫助易跌倒的人群避免跌倒，當(dāng)他們站立或行走時(shí)，服裝可以給予他們仿生力量(圖4)。智能服裝涉及納米科學(xué)、3D制作、電刺激以及全身監(jiān)測(cè)技術(shù)。研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)最終可能會(huì)讓輪椅上的人們站起來(lái)。 圖4:布里斯托爾大學(xué)的研究人員正在努力將柔性機(jī)器人融入服裝，以幫助那些容易跌倒的人們。(來(lái)源:布里斯托大學(xué)) “人們現(xiàn)在所使用的許多設(shè)備會(huì)引起流動(dòng)問(wèn)題，比如會(huì)引起或加重血液循環(huán)不良、皮膚損傷或壓力敏感性下降，每一項(xiàng)都影響健康”，布里斯托爾大學(xué)機(jī)器人工程學(xué)系教授Jonathan Rossiter博士說(shuō)“可穿戴柔性機(jī)器人技術(shù)將有潛力改善這些問(wèn)題，同時(shí)也降低醫(yī)療成本。” 瑞士的Empa研究中心正在將光纖集成到電子紡織品中，用來(lái)監(jiān)測(cè)皮膚的血液循環(huán)，防止褥瘡的發(fā)生。他們還創(chuàng)造了一種可以用來(lái)測(cè)量心率的帽子。這些智能服裝可以被洗滌，它們將成為醫(yī)院的理想用品。 研究人員認(rèn)為，這種技術(shù)最終將可以用來(lái)測(cè)量氧含量的飽和度，組織壓力或呼吸速率。電子紡織品也可以轉(zhuǎn)化為化學(xué)或生物傳感器，如Maxim將他們用來(lái)分析體液或蒸汽所。Maxim的超低功率和安全評(píng)估開(kāi)發(fā)板是基于Maxim的ARM Cortex-M超低功耗MCU的。ARM Cortex-M4F系列MCU是穿戴式醫(yī)療和健康項(xiàng)目的理想選擇，因?yàn)樗鼈兊募軜?gòu)具有超低功率、高效率的信號(hào)處理功能，并且簡(jiǎn)單易用。MAX30102脈搏血氧計(jì)和心率傳感器是一種集成的脈搏血氧儀和心率監(jiān)測(cè)模塊，它包括內(nèi)部發(fā)光二極管、光電探測(cè)器、光學(xué)元件和低噪音的電子器件。 智能服裝的未來(lái) 學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)正在努力的發(fā)展智能服裝，并正在致力于商業(yè)化，高科技面料以及微電子技術(shù)的進(jìn)步，正在為與健康相關(guān)的電子紡織品提供更多的發(fā)展機(jī)會(huì)。 目前，很多想法已經(jīng)著手進(jìn)行試點(diǎn)，比如用于緩解慢性背痛的T恤、用來(lái)監(jiān)測(cè)慢性肺部疾病患者呼吸速率的襯衫、用于監(jiān)測(cè)孕婦子宮收縮和胎兒心率的腹帶、供糖尿病患者使用的壓力監(jiān)測(cè)襪子以及為嚴(yán)重心臟病患者提供的帶有電擊功能的襯衫。 一些專(zhuān)家認(rèn)為，在醫(yī)院里，智能衣服將有望完全取代用于追蹤心率、血壓和氧氣含量的床邊監(jiān)測(cè)設(shè)備。 最近，在智能服裝中整合手勢(shì)識(shí)別的想法已經(jīng)引起了Google – Levi項(xiàng)目組的興趣，他們?yōu)樽孕熊?chē)騎行者提供了具有手勢(shì)識(shí)別功能的夾克。許多專(zhuān)家認(rèn)為手勢(shì)識(shí)別能夠在智能服裝領(lǐng)域找到它的一席之地，這項(xiàng)技術(shù)可以供截癱患者使用，也可以為患有中風(fēng)或心臟病的老人或者躺在病床上的老年人使用。在未來(lái)的五年里，這些價(jià)格低廉、技術(shù)成熟的產(chǎn)品將很難被超越。 觸覺(jué)反饋或在用戶(hù)界面中使用觸摸感知，這在電子紡織品中有將很大的前景，因?yàn)樗梢院苋菀仔⌒突恍枰苿?dòng)機(jī)械部件。觸覺(jué)反饋將被用于電動(dòng)肌肉刺激(EMS)，它可以感知病人肌肉所產(chǎn)生的從小到大的力量。有觸覺(jué)反饋技術(shù)的智能衣服可以在任何時(shí)候，用在身體的任何部位，用來(lái)刺激肌肉運(yùn)動(dòng)或康復(fù)。很多涉及觸覺(jué)反饋的智能服裝項(xiàng)目，都在研發(fā)過(guò)程中，比如Novasentis，預(yù)計(jì)將于今年晚些的時(shí)候發(fā)布。 原文鏈接：