IoT面料可提供哪些功能？

shuszhao

可穿戴电子设备现在越来越流行，如Apple Watch、Fitbit和其他生命体征监测仪。与此同时也出现了另一种创新产品，即内置电子器件和传感器的IoT服装面料。这些面料可用于制作服装来监测我们的生命体征。那么，这种创新会带来怎样的机遇与挑战呢？


为什么需要可穿戴设备？

随着物联网的爆炸性增长，可穿戴设备的应用前景十分诱人，成为最新的物联网前沿设备（图1）。可穿戴设备的优势在于其便利性、易用性和实时服务。但是，除了当前已有的应用，如果想进一步拓展可穿戴设备的其他应用，还面临着巨大的设计与开发挑战。

                               
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图1：随着物联网的爆炸性增长，可穿戴设备的应用前景十分诱人。

传统的健康护理穿戴设备：苹果及Fitbit

可穿戴设备主要包括四种类型：健康、娱乐、跟踪与本地化、安全。目前Apple和Fitbit等公司提供的休闲娱乐型可穿戴设备用于帮助用户监测自己的体重和运动量。医疗级可穿戴设备则能够让医生远程监测患者的健康状况，这属于第一类。实际上，可穿戴设备可以实现更多功能，例如为老年人提供紧急护理，监测婴儿，或在临床试验期间帮助收集数据。


新型可穿戴设备

更隐蔽、更舒适
新型可穿戴设备将为用户提供更多的选择，它们不仅可以像手表那样戴着，还可以嵌入到戒指、手镯、皮带和眼镜等其他配件中，对于那些不愿展示可穿戴设备的用户来说，这样的穿戴方式更隐蔽。
在服装面料中嵌入传感器
怎样才能让物联网传感器不易被察觉呢？最好的方式就是将它们嵌入到衬衫、裤子、袜子或鞋子的面料中。在带弹力的服装中可以嵌入收集数据的电子器件。皮肤或汗液接触到面料会产生数据，包括穿戴者的心率、血压、血糖水平、血氧水平、体温和活动量等。例如，医疗技术初创公司Rhaeos最近开发了一种可穿戴设备，用于对脑积液患者进行无创监测。另外，可穿戴设备还可用于监测、跟踪和保护消费者家人。
婴儿猝死症是很多新晋父母的噩梦，是一种比较罕见但十分严重的情况，尤其是原因仍然未知。大多数（即使不是全部）父母都会半夜起床检查新生儿的呼吸，因而疲惫不堪且睡眠不足。与传统的婴儿监护仪相比，让婴儿穿上由IoT面料制成的衣服，并使用应用程序来跟踪婴儿的呼吸，可以让父母放心并得到更好的睡眠（图2）。应用程序会在婴儿出现呼吸异常或呼吸停止时提醒父母。总部位于纽约的初创公司Nanit已经为新生儿和疲惫不堪的父母开发出了这样的IoT面料。
IoT面料还可用于跟踪老人、医院患者和儿童。面料中的GPS跟踪器可以发送报警，例如，当痴呆患者迷路或青少年未在预期时间到达目的地时，面料中的跟踪器会发出报警。这种IoT面料还可以用于高风险环境，例如建筑工地或登山探险，追踪工人或登山者的位置。

                               
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图2：让婴儿穿上由IoT面料制成的衣服，父母便可以安心入睡。

用IoT面料制成的服装与人体接触点很多，与其他类型的可穿戴设备相比，可以提供更多功能。例如，IoT衬衫不仅可以监测用户的心律和活动水平，还可以获取血氧水平和血糖水平等数据。
有了这样的产品，就可以对用户进行更全面的监测，而且数据可能更准确。


设计挑战

开发新兴产品无疑令人兴奋，同时也充满挑战。除了灵活且易于使用的人机界面外，IoT面料还必须耐用、准确且能够自我补给能量。
耐用性：震动、碰撞、日常磨损、可机洗
用IoT面料制成的衬衫如果穿在某人身上，这件衬衫（或其他任何IoT服装）就会跟此人一起经历每天的震动、碰撞和磨损。因此，IoT面料必须很强韧以保持完好无损且功能正常，特别是还要用洗衣机清洗。通常，为了增强IoT设备的耐用性，需要在设备周围添加保护材料，但是目前尚不清楚如何才能在日常使用中保护IoT面料，而不影响其灵活性或可穿戴性。
准确性：如何确保在数据收集的过程中IoT面料与患者始终保持稳定接触
IoT面料的磨损可能影响收集数据的准确性，嵌入更多或不同类型的传感器有助于确保数据的准确性。使用多个不同的传感器，就可以支持不同类型的数据，并将这些数据结合使用。
使用多个传感器还可以延长产品寿命，即使一个或几个传感器坏了，也可以继续进行数据收集和分析。但是，在面料中嵌入多个传感器会增加设计成本及复杂性。
数据收集：传感器要小
IoT面料面临的另一个挑战是如何嵌入多个传感器而不影响面料的质地。为了不让穿戴者明显察觉到传感器的存在，传感器的尺寸要小。但是，传感器需要连续不断地收集和传输数据。如何在性能和外形尺寸之间取得平衡，这是开发中遇到的瓶颈。
能量来源：太阳能、人体热量采集、运动
最后，IoT面料的所有功能都需要稳定的电源。IoT面料与其他物联网设备面临相同的问题，即如何在保持高性能的同时尽可能有效地减少耗电。使用具有睡眠模式的低功耗微控制器单元可能是一种节省能耗的好方法。另一方面，如果能够持续获得能量，而不是更换过期电池，也有助于提高能效。
人们还在研究如何从人体热量、运动或震动中采集能量。但是，从环境中采集能量并将能量提供给面料中的IoT系统，这个功能也会增加设计、开发和生产的复杂性。


前景可期

随着全球老龄化问题的加剧，对新型可穿戴技术的需求越来越紧迫。就像蓝牙装饰品应用于珠宝领域一样，可穿戴设备很可能也会影响时尚业的服装领域（图3）。

                               
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图3：就像蓝牙装饰品应用于珠宝领域一样，可穿戴设备很可能也会影响时尚业的服装领域。

设计IoT面料并扩大其生产规模面临巨大困难，但它的价值也显而易见——IoT面料可以将物联网的强大力量带入我们的日常生活中。这种技术有无限多种可能的应用，只有想不到，没有做不到。

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