纤维纺织.02未来服饰智慧衣

10 ｜科學發展　2012年2月，470期 ? ? ? ? 未來智慧衣 唐朝杜秋娘有一首古詩：「勸君莫惜金縷衣，勸君惜取少年時。花開堪折直須 折，莫待無花空折枝。」其中的「金縷衣」是由許多四角穿有小孔的玉片，用金、 銀絲或銅編串而成的衣服，出土於漢代古墓，十分珍貴。 以漢唐時期的工藝技術而言，製作一套金縷衣是件高難度的工作。必須把從遠 處運來的玉料，經由繁雜的程序加工成上千塊特定大小與形狀的玉片，每塊玉片又 需要磨光和鑽孔，大小和形狀必須經過嚴密的設計和細緻的加工，編綴玉片還需要 特製的金絲線，花費驚人的人力和物力。 今日，全球各界也在通力合作發展高製作難度的多功能服裝，但有別於過往， 現代的金縷衣是一件可以滿足多種需求的未來服飾─智慧衣。根據維基百科，智慧 衣是指一種配備電子化裝置因而具有智慧化功能的衣物，電子化裝置則隱藏在衣物 中不易發覺。 目前已經有一些廠商發售智慧衣概念的產品，包含科技大廠及運動大廠。雖然 市場上尚未普及，但許多生產服裝的廠家已看到智慧衣在未來商業及應用上的巨大 潛力。 例如，透過衣服中的感測器可量測穿戴者的生理與健康狀況，也可在緊急情況 下自動發出求救信號。另有一些娛樂媒體及電子電腦業，看到他們的產品或服務可 不久後，一種新型態的服飾將出現在你身上； 透過嶄新的材料科技、無遠弗屆的通訊技術， 以及智慧化的訊號分析，讓你的健康大受保障， 而改變這一切的就是未來服飾─智慧衣。 ? ? ? ? ■ 邱創乾．藍振晏．石天威．謝靜玟 未來服飾─智慧衣 科學發展　2012年2月，470期｜ 11 以整合進這類智慧衣物中，達到行動通訊及行動娛 樂的目的。還有許多業者致力於自我空調或自我醫 療等衣物的開發，原本在科幻電影中才能看到的各 式各樣功能，似乎呼之欲出。 台灣顯實力 因為這無窮發展的可能性，再加上智慧型手 機、智慧家庭等生活科技的推波助瀾，這類智慧型 未來服飾的開發，在近十年來已成為全球各界競相 投入研發的主題。 智慧衣的設計需求包含電子、材料、紡織、 通訊、資訊等科技的整合，尤其是具有生理量測功 能的智慧衣。各國開始面臨戰後嬰兒潮所產生高齡 化社會的照護需求，這類可量測生理訊號的智慧衣 所衍生的應用產品，被視為解決方式之一，因此更 具市場潛力。全球許多研發團隊都投入這方面的研 究，包含美國、韓國等，歐盟更是透過ICT FP6計 畫結合各會員國的產官學單位，重金支持相關研 發，並已取得相當優異的成果。 以下針對應用於智慧衣的生理訊號量測技術 做進一步的說明。這技術是利用可穿戴在人體上的 各式裝置，把人體的生理訊號轉換成數位資料供分 析與應用；除了生理訊號外，也可擷取人體全身的 動作。 這項技術的重點是建立一套上面有許多感應 器的特殊服飾，穿戴時，感應器會收集人體狀態變 動時的生理數據，並傳送供分析，或呈現在電腦 上。它的應用非常廣泛，除了一般的醫療照護外， 也可用於運動科學、軍事、人因工程測量與研究、 動畫、電玩，以及虛擬實境或文創產業。 智慧衣系統中包含了許多電子與感測裝置， 如生理感測元件、電阻，以及運算的硬體、有線或 無線通訊裝置、GPS、加速規或陀螺儀等，可因應 量測生理資訊的不同，置換不同的感測元件。 博物館中典藏的金縷衣，其用料與製作技術都十分珍貴。 （圖片來源：http://en.wiktionary.org） 國內大學智慧衣研發團隊所研發的穿戴式生理量測智慧衣，具 有可重複水洗的能力，以及心電、體溫、呼吸、動作、跌倒等 生理量測功能，並能透過即時無線傳輸，提供穩定的生理訊號 警訊監視與記錄服務。 許多業者致力於自我空調或自我醫療等衣物的開發， 原本科幻電影中才能看到的各式各樣功能，似乎呼之欲出。 穿戴型可水洗生理量測智慧衣 心率 呼吸 體溫 跌倒 長時間 使用 降低訊號 干擾 動態 訊號穩定 多人偵測 即時無 線傳輸 警訊監 視紀錄 12 ｜科學發展　2012年2月，470期 ? ? ? ? 當智慧衣穿上身時，使用者就像戴上電腦 般，生理訊號會經由紡織纖維導線傳輸至感測 模組，再以通訊裝置傳遞給後端的網路與計算 分析系統，且運用軟體技術呈現所有的生理資 訊，方便使用者自我監控，或讓醫師能精確了 解病患的生理狀態。 國內已有大學研發團隊率先研發出多項關 鍵技術，並配合醫療照護需求，成功開發各種 不同的智慧衣系列，包含生理量測智慧衣、居 家照護智慧衣、呼吸照護智慧衣，以及肢體動 作感測智慧衣等，並依據使用者的需求，持續 發展新形式及功能的智慧衣。 這些智慧衣整合了個人的生理量測、無 線通訊等技術，在可穿戴式平台內嵌入利用紡 織物製成的心電訊號感測元件、體溫訊號感測 元件、呼吸感測元件、動作感測元件等裝置， 來蒐集與傳輸個人生理資料，能廣泛應用於運 動、保健、居家看護、行動醫療等。這對現今 及未來高齡化社會的銀髮族，在居家照顧及醫 療照護上有實質的幫助。 舒適化穿戴 可穿戴式生理量測智慧衣能夠量測生理訊 號，是因為衣服內含有智慧型紡織品。所謂智 慧型紡織品，是指受外在環境或電子刺激產生 反應的紡織品，通常以導電纖維材料與紡織品 素材研製而成。而導電纖維材料表面的電阻特 性，可依用途產生不同的表面電阻效果。因此 開發適合貼身量測的生理導電纖維材料，成為 研製生理量測智慧衣的一大重點。 此外，如何透過紡織品傳輸訊號也是關鍵 的因素。智慧衣團隊研發的導電纖維技術，是 以金屬材料製成纖維或紗線做為傳輸訊號的導 線。為避免傳遞時短路，需要包覆絕緣材質， 來達到電子電路纖維化並可用以連結電子元件 的目的，且具有可水洗、高傳導性、柔曲性、 抗氧化等性能。藉著巧妙地整合紡織與電子科 技，就可輕易地在穿戴平台上進行線路布局設 計及製作應用。 ? ? ? ? 國內大學智慧衣研發團隊結合紡織材料與生醫電子、醫學資訊 人力，開發各種功能與形式的智慧衣，包含生理量測智慧衣、 居家照護智慧衣、呼吸照護智慧衣，以及肢體動作感測智慧 衣。 可用於貼身量測的生理導電纖維材料所製成的智慧紡織品，在 電子顯微鏡下內部呈現超細微導電纖維的結構。 各國開始面臨戰後嬰兒潮所產生高齡化社會的照護需求， 可量測生理訊號的智慧衣所衍生的應用產品，被視為解決方式之一。 科學發展　2012年2月，470期｜ 13 衣服的好處在於可提供人體舒適的感覺，也 因為這樣的特性，利用智慧衣量測，可以比傳統貼 片式或有線式的生理量測，在過程中讓使用者更為 舒適。一套舒適的智慧衣的發展重點，在於生理感 測元件嵌入的方式、電子模組與紡織品組合技術， 以及專業的服飾設計。 無線來傳情 到醫院做檢查或治療時，醫療人員會花大量 時間在你身體貼上許多貼片，並在你身邊纏繞很多 線材，使你感覺像被綑綁，很不舒服。但是未來， 你可以不需貼片，也不需麻煩的線材，只要穿上生 理量測智慧衣，透過智慧型無線傳輸模組，就能自 動幫你把資料傳輸到網路上分析。受測者穿上服裝 後，可在無線通訊範圍內做各種的活動，而不影響 資料的擷取與傳輸，不像用心電圖機的有線式量測 那樣，受測者須待在固定位置。因此在居家照護、 醫療保健及戶外意外防止方面都有很大的實用性。 近年來，全世界的健康醫療體系正值轉型 期，已從醫療照護轉為以預防和疾病預警為主。面 對未來，醫療保健服務勢必朝向更迅速、完整、個 人化及居家化的方向發展。 要達成這樣的目標，必須建置一個智慧型的 分析系統。舉例來說，心血管疾病是十分危險的， 在智慧衣分析系統中，必須具備心電訊號分析技 智慧衣外觀與內面組成。其發展重點在生理感測元件嵌入方式、 電子模組與紡織品組合技術，必須考慮使用者穿戴的舒適性。 生理量測智慧衣的系統架構可分成3個部分：生理感測平台、訊號處理與傳輸模組、後端程式分析。 衣服的好處在於可提供人體舒適的感覺，也因為這樣的特性， 利用智慧衣量測，可以比傳統貼片式或有線式的生理量測， 在過程中讓使用者更為舒適。 　　　　 藍芽無線 接收 智慧型服飾 電路模組 訊號濾波 與放大 藍芽無線 輸出 訊號分析 個人電腦 14 ｜科學發展　2012年2月，470期 ? ? ? ? 術，可判斷被測者的心臟是否不規則跳動，並 在得知被測者心臟確實不規則跳動時，能即時 發出警報訊號。另外針對運動、睡眠檢查方面 常用的呼吸訊號，智慧衣也應開發相關分析技 術，除了預防保健外，也可適時提出警訊。 智慧化醫療 可穿戴式多功能生理量測智慧衣系統， 是智慧衣研發團隊過去數年間秉持「個人化醫 療」與「智慧化醫療」的概念，持續研究發展 的一系列系統與技術。它整合了個人化的生理 量測、無線通訊、生醫訊號處理與分析等領域 的知識，並已有雛形應用於運動、保健、居家 看護與醫療等用途上。 在國科會與經濟部的專題研究計畫補助 下，國內大學的智慧衣研發團隊進行了多項智 慧衣系統與智慧化醫療的結合。例如與醫界共 同把呼吸智慧衣運用在檢知使用者身體狀況及 情緒改變上，並透過多媒體回饋呈現方式，提 醒使用者採用正確的呼吸型態及速率，以期能 隨時隨地保持身心放鬆、情緒舒緩的狀態，達 到預防醫學的保健目標。 而在健康資訊系統的發展中，研究團隊 也建置了以生理量測智慧衣為基礎的智慧健康 系統，利用格網與雲端運算技術，整合了所有 醫療院所的計算及儲存能力，建立從個人、家 庭、醫師到醫院的完整醫療服務機制。 面對即將到來的高齡化時代及智慧生活的 願景，各智慧衣研發團隊必須更致力提升數據 精密度、穿戴的舒適性、可水洗／乾洗性，以 及量測功能多樣性，期望透過這樣的未來服飾 ─智慧衣，能夠幫助照護每個人的健康。 邱創乾 逢甲大學自動控制工程學系 藍振晏 逢甲大學電機與通訊工程博士學位學程 石天威．謝靜玟 逢甲大學纖維與複合材料學系 e-Texcare Bio-signals Analysis system LeadⅡElectrocardio gramManger System Normal Com Temperature Delection 37.6 15 66 Respiration/Beal Estimate PVAs/APC Delection AMI Delection P Wave: NormalAPC:87 PVCs:88 Normals:583 FCU c-Texcare Respiration Measurement System Am titu te Time 0 100 200 300 Am titu te Time 0 100 200 300 智慧型心電訊號分析技術可判斷心跳速率，以及被測者心臟是否不規則 跳動，並適時發出警報訊號。 呼吸智慧衣量測系統可以量測使用者腹部與胸部不同的 呼吸狀況，並透過多媒體回饋呈現方式，提醒使用者採 用正確的呼吸方式，達到預防醫學的保健目標。