首页 期刊 论文范文

基于生理监测的可穿戴智能服装应用与展望

所属栏目:智能科学技术论文 发布日期:2021-03-03 09:37 热度:

   随着时代发展和生活质量的提高,人们着装观念发生了很大变化,对服装提出了新的要求,更加追求服装的品质化、个性化。另外,健康问题也受到了人们极大重视。传感技术、通信技术等发展推动了可穿戴智能产品的发展。人体生理信号(体温、心率、呼吸等)监测对人体疾病的预防、分析、诊断和人们日常的健康状况查看有重要意义和价值。可穿戴生理监测系统采用生物传感器获取人体运动与生理参数,对穿戴者或远程监控者提供实时生理信息反馈。文中主要综述了可穿戴人体生理监测服装在医疗监护、运动健身、军事及特殊环境作业等方面的应用;另外,对穿戴式监测服装的设计要素做了归纳;最后,通过目前穿戴式智能服装的研发和应用情况,对其未来发展趋势进行了展望。

基于生理监测的可穿戴智能服装应用与展望

  1 穿戴式生理监测

  1.1 穿戴式设备特点可穿戴智能生理监测服装是微电子技术与服装结合的产物[1]。穿戴式生理监测设备主要涉及到传感技术、无线通信技术和信号处理技术等[2]。它具有低负荷、操作简便、可移动、持续监测、无线传输和异常生理状况报警等特点[3]。目前,穿戴式生理监测设备能够监测人体心电、心率、血压、体温、呼吸频率、血糖等指标,提供全天实时的健康状态监测[4]。

  1.2 监测系统组成监测系统主要由生理信息采集模块、无线通信模块和数据处理模块组成。生理信息采集模块用于获取用户的心电、呼吸、体温等生理信息;无线通信模块将数据传递至远方终端;数据处理模块对数据进行分析、显示、存储等,并在出现异常情况时给予警示。

  2 可穿戴生理监测服装的应用领域

  根据不同群体以及作业需要,研发出了一系列可穿戴智能产品。可穿戴设备与服装集成为人类提供了很大便捷。目前,可穿戴生理信息监测服装应用领域较为广泛,涉及到医疗保健、运动、军事及特殊环境作业等方面。

  2.1 医疗监护医疗监护类服装已成为当前可穿戴智能服装的主要产品。此类服装主要为老年人、儿童、患者等人群提供监测[5]。监测系统主要通过电子设备获取到生理信息,然后向智能终端发送并显示数据,让穿着者本人或其家人实时监测到生理健康状况,预防或及早发现疾病,如遇到突发性疾病,系统可以向患者的家属发出报警。因此,智能穿戴式监护服的研发对于医疗诊断和健康状况评估有重要作用[6]。例如,乳房健康实时监测[7],老年人心率、呼吸监测[8],用于预防肌肉骨骼疾病的智能背心[9],监测心率、体温等指标的智能 T 恤,能够追踪孕妇生命特征的智能孕妇装等。

  2.2 运动健身可穿戴运动类监测服主要监测心率、呼吸频率、运动量等参数,帮助运动者获得更好的锻炼。服装内嵌入多个传感器,运动者在穿着后能够实时了解到自己的生理数 据,针 对 监 测 到 的 信 息 适 时 地 作 出 训 练 调整[16],改变运动强度。穿戴式监测服装在运动健康方面应用也较为广泛。如可佩戴 miCoach心率监测器的运动文胸以及 UA 的 E39智能紧身衣均可以在运动中进行心率监测。此外,由飞利浦公司生产的智能运动服,能够监测运动员的血压、脉搏及运动量。运动员根据自身状况调整以提高自己的成绩[17]。图1为加拿大的 Athos智能运动服。通过在关键肌肉部位集成大量 EMG 肌电图传感器,实现心率、肌肉活动以及呼吸频率监测,并且及时向使用者的手机发送有关数据。

  2.3 军事领域可穿戴智能服装在军事方面的应用研究较早。在军事领域,穿戴式生理监测服装成为提升单兵作战力的重要武器,有助于提高军事能力[18]。该监测服装主要通过多种电子传感器来获取士兵生理信息,持续监测单兵生命体征指标。其相关的数据会依据传输技术实时传输至后台处理,对士兵生理状况及时作出反馈。单兵生命体征监测系统如图5所示,在救治伤员和士兵战斗力评估中起到关键作用。例如,Georgia理工学院研制出一款可监测士兵生命信息的 T 恤,该智能 T恤能监测士兵的心电、心跳、呼吸、体温等指标。指挥者可以在战场中实时掌握士兵的生理信息,实现数字化管理。为了便于部队日常训练管理,研究人员实现了智能化士兵管理展示系统,通过佩戴于士兵身上的系统采集装置来获取士兵平时的睡眠、运动和心率等活动数据。平台分析士兵的睡眠质量、运动数据等进而提供相应的评估建议,实现部队管理人员实时联网查看信息。

  3 可穿戴智能监测服装的设计要点

  同普通服装相比,可穿戴智能生理监测服装需将多个电子元件装置附着或嵌入到服装中。因此,在服装设计过程中应综合考虑,使其具备某些功能的同时还应该满足服装舒适性的基本要求。针对此类服装的设计,归纳出以下三点。

  3.1 功能性针对产品设计而言,从用户的角度和使用功能出发,达到满足用户的实际需要的目的。可穿戴服装的设计亦是如此。然而,目前穿戴式智能服装发展尚处在初级阶段,产品还不够成熟。在实际的穿戴式智能服装研发中,存在着过于追求功能技术的创新,使得用户穿着体验效果较差的情况,不符合实际需求[23]。因此,设计时应结合消费者的使用实际,充分考虑个人需求、社会活动以及应用场景。例如,Rantanen等[24]从用户需求出发,设计了一款极地生存智能服装,如图6所示。在满足极地严寒条件下,实现用户健康状况等信息监测,为用户提供通讯、定位和导航功能,在异常情况下发出紧急消息,以防止事故发生并帮助他们在事故发生时幸存下来。

  3.2 舒适性服装上集成了多个电子元件,如何将元件与服装之间牢固结合是强调服装穿着舒适性的基础。在服装上,根据获取生理数据的不同,传感器选择放置的部位不同,或背部或胸部等。应考虑服装基本的穿着舒适性,保证在穿着后对使用者基本活动不造成影响,对自身或他人身心不造成伤害[25]。

  3.3 美观性以服装为载体的穿戴式监测服装设计还应考虑服装整体美观性和艺术性,给予着装者美的体验与享受,将可穿戴设备与服装完美结合。考虑到用户的使用心理和服装美观性,一般将无线电子或监测器件隐藏或融入服装,保证元件的隐匿性[26]。研究人员将电子模块置于服装的口袋、领口等部位。这样不仅起到很好的隐蔽效果,而且便于安装或拆卸。

  4 发展趋势

  随着国内外智能可穿戴产品市场成为热点,可穿戴智能服装的研发也得到了广泛关注。然而,目前其发展还不够成熟与完善。随着各学科技术发展,未来穿戴式智能服装将更加人性化、功能化和智能化。

  4.1 系统高度集成化电子元件的微型化与性能优化将使得可穿戴智能服装质量得到很大提升,进而更好地发挥其功能。就整个系统运行的能量供应来看,现有锂离子电池质量重且体积大,其置于可穿戴服装中对使用者着装舒适性及日常运动有影响。未来将会有能量密度更高,使用寿命更长的电池代替锂离子电池,电池质量和体积都会大大减小。

  4.2 高精度目前主要采用传感器进行人体生理数据获取。通过传感技术的发展,优化电子元件与服装结合方式,将提高用户生理信息监测精确度,从而更好地掌握个人健康状况。

  4.3 绿色理念绿色设计强调对自然资源的合理利用,注重节能环保。在服装设计方面,可从材料、工艺等方面加以处理,达到服装产品的可持续使用,避免对环境造成不利的影响。可穿戴智能服装设计也应本着绿色环保原则,注重材料的环保性,减少环境污染以及资源浪费。

  5 结语

  服装正在向功能化、智能化发展。基于可穿戴技术的智能服装应用尚处在初级阶段,还有很多需要改进的地方。未来,可穿戴智能服装将会有巨大的消费市场。服装与电子元件结合方式的优化将会增强用户的体验度。随着技术、工艺、设计等问题的改进,智能服装将在提高人们的生活质量方面发挥重要作用,对纺织服装业的发展产生深远的影响。

  参考文献:

  [1] 吴 云,刘 茜.可穿戴智能纺织品研究现状及展望[J].棉纺织技术,2018,46(6):79-84.

  [2] 徐令仪,汪长岭,毛靖宁,等.可穿戴技术在生理信号监测中的应用和发展[J].中 国 医 疗 设 备,2018,33(3):118-120,135.

  [3] 张金榜,吴荣春,何 骞,等.可穿戴的生理监测系统设计[J].微型机与应用,2013,32(20):29-31.

  《基于生理监测的可穿戴智能服装应用与展望》来源:《纺织科技进展》,作者:于静静1,2,邓咏梅1,2,*

文章标题:基于生理监测的可穿戴智能服装应用与展望

转载请注明来自:http://www.sofabiao.com/fblw/dianxin/zhineng/45118.html

相关问题解答

智能科学技术论文

搜论文知识网的海量本科毕业论文、硕士论文及职称论文范文仅供广大读者免费阅读使用! 冀ICP备15021333号-3