无论是对竞技运动员还是对健身人员，运动内衣的生理舒适性扮演着重要的角色。作为贴身穿着的运动内衣，要保证在运动过程中给穿着者提供良好的穿着舒适性，让其四肢在运动过程中自由活动。作为制约服装质量的关键因素，生理舒适性的好坏直接关系到女性运动内衣企业在整个市场中竞争力的高低。随着国内外智能服装的发展，智能女性运动内衣也受到广泛关注。

智能运动内衣能够模拟生命系统，具有感知和回馈双重功能，一方面能感知外部环境或内部状态的变化，另一方面通过反馈机制能对这种变化作出反应，使运动内衣具有生命的感知^[1]。近年来，国内外许多专家和研究机构基于柔性织物传感器制成集通讯、监测、诊断以及治疗等多功能的智能女性运动内衣，实时获取、分析和传输温度、心率、呼吸、血压和血氧等生理信息^[2-6]。目前国内外对智能女性运动内衣的研究处于探索、模仿与试验阶段，智能女性运动内衣存在美观性、舒适性、耐水洗性和可重复性的问题。智能女性运动内衣是多学科交叉的产品，涉及医学、生理学、电子信息学、人体功效学和服装设计等领域，具有较强的跨学科性，需要各领域的研究人员共同合作开发。本文主要综述了智能女性运动内衣的研究现状及研究趋势，并展望了智能女性运动内衣的发展前景。

1.智能女性运动内衣的研究现状

1.1功能性纤维

具有良好吸湿、排汗、透气性能的纤维原料是智能运动内衣面料的首选。目前运动内衣常采用的纤维原料是吸湿排汗纤维（coolmax、coolplus、cleancool、cooldry等）与保暖纤维（ThermoLite、outlast等）。国内外对运动内衣的面料进行了大量的研究。王美丽^[7]选用十种常用运动内衣面料，分别对这几种面料的基本参数、弹力性能及热湿舒适性能进行测试，初步建立了运动胸衣面料和性能之间人工神经网络模型，预测分析了面料的参数对运动内衣热湿舒适性能和压力舒适性能影响规律。魏林娜^[8]选用cleancool、cooldry、coolplus、coolmax纤维以平针添纱组织织造了4种无缝运动内衣面料，研究发现cooldry吸湿快干性更好。并研究了织物结构对无缝运动内衣面料性能的影响。周欢庆^[9]选用Cooldry、Thermolite、Tencell共混织造无缝运动内衣。并对内衣面料的吸湿速干性进行综合评价，结果表明：面纱与地纱都是非弹力纱与非弹力纱1比1间隔得到的织物吸湿速干性能及保暖性较好。我国内衣公司也将芦荟、丝蛋白、天丝棉、莫代尔等绿色环保纤维应用于运动内衣来改善其舒适性。Joanne Yip和Sun-Pui Ng^[10]研究了三维间隔纤维应用在运动文胸的罩杯以及泳衣的衬垫材料中。综上国内外女性运动内衣功能性纤维原料的研究主要集中在新原料的开发、内衣的热湿舒适性、对人体压力分布^[11-15]、组织结构的改变等方面。

1.2柔性传感器

随着智能穿戴的高速发展，智能穿戴设备被应用到医疗、工业、娱乐等多个领域，越来越多的企业致力于开发智能纺织品。柔性传感器具有轻薄便携、电学性能突出、集成度较高等特点，智能可穿戴设备中的柔性传感器受到广泛关注。柔性传感器可分为柔性压力传感器、柔性应变传感器、柔性气敏传感器、柔性光纤传感器等几大类。国外研究人员将传感器应用于内衣进行了相关研究。Liu et al^[5]将多个电子传感器植入运动内衣，构建智能可穿戴运动内衣系统，可获取、分析和传输心电、血压、呼吸、体温等生物医学信号，传感器收集到的数据通过蓝牙发送到中央监控系统。美国发明了乳腺癌智能胸罩，将传感器内置胸罩通过测量乳房温度的变化来确定是否有乳房肿块。国内高校将柔性传感器应用于智能可穿戴设备进行了相关研究。大连理工大学将棉布经过高温碳化利用柔性衬底制成柔性可穿戴应力传感基本单元。天津工业大学将内层织物、中间层织物、外层织物、柔性填充物和光纤压力敏感单元组成光纤脉搏传感织物可用于监测人体生理体征。东华大学将导电灯芯绒作为传感器用于监测其电压实现足底压力的检测功能。柔性传感器在发展的过程中也存在一些问题，如材料合成与器件整合的相关技术还不够完善，柔性传感器灵敏度、精准度、稳定性和柔软度有待提升，柔性传感器的功能性需要拓宽。随着智能纺织品的发展，柔性织物传感器是智能服装的主要发展方向。柔性织物传感器主要将将导电纱线织入织物，或通过对织物进行导电涂层整理实现。采用电活性聚合物材料的纺织纤维可制作压阻和压电传感器等装置，可编织的金属电极可制作生物电极传感器，光纤可制作光纤传感器，用来监测人体多个生理信号或变量。表1 列出了电子织物可监测的主要生理信号或变量，监测所需的传感装置和电子织物中的执行元件。

表1电子织物可监测执行元件

Tab. 1 Monitoring in e-textile with their fabric implementation

1.3纺织生物电池

所有可穿戴式设备都受到电池技术的限制，功耗控制将直接影响到用户的体验。可穿戴智能女性运动内衣的电池只有具备体积小和长时间待机的能力才能满足连续实时监测的需要，但电池的大小和容量限制了连续实时监测的实现。因此，开发纺织生物电池成为研究热点。宾汉姆顿大学的研究人员^[16]开发出了一种纺织生物电池，或将作为未来可穿戴电子产品的基础供能。即使经过反复的扭转和拉伸循环，织物基电池仍具有稳定的发电能力。与纸基微生物燃料电池相比，其产生的功率更大。例如，Levi's Commuter Trucker智能夹克利用可拆卸的“卡扣”来驱动夹克的高级功能。如果将其电源直接编织到服装中，那么可穿戴设备可实现更持久的工作。利用人体的自身化学反应给可穿戴式智能设备供电的技术也在研究中，如人体产生的汗水作为支持细菌活力的潜在燃料。

1.4无线通信

随着智能手机和PAD等移动终端的普及，大多数可穿戴式智能设备依托移动终端来进行数据的接收和分析。传感器检测节点与移动终端一般是通过短距离无线传输的方式进行数据通信，如低功耗蓝牙、Zig Bee、Wi Fi derect等。Continua健康联盟制定了无线医疗数据传输的标准方式。表 2 是几种无线传输方式的性能对比。

表2 几种无线传输方式性能对比

Tab. 2 Comparison of performance for wireless transmission methods

Zig Bee 具有效率高、低功耗、可自组网等特点^[17]，但目前市场上几乎没有支持该协议的智能手机和PAD。易红霞等人^[18]采用镀银导电纱线编织针织柔性传感器集成在智能服装上，构建基于ZigBee的无线网络以及终端节点和协调器节点之间的无线信号传输系统采集人体生理参数。并通过拉伸试验验证了该针织物柔性传感器及其接入ZigBee 无线网络的可行性。MICS 是一种超低功耗的移动通信服务，主要用于植入式心血管疾病的治疗，目前还没有得到广泛的使用。IrDA 具有传输速率快、超低功耗的特点，但是只能点对点传输。传统蓝牙广泛用于手机、平板电脑和 PC 等之间短距离传输，连接方便。而低功耗蓝牙4.0 集合了传统蓝牙、高速技术、低功耗技术，并且符合对等网络技术（peer-to-peer，P2P）通信，这一特点使得蓝牙成为可穿戴智能运动内衣设备无线传输的主流方式。祁乔之^[19]设计了一款基于移动平台的智能文胸，对智能文胸硬件进行概要设计及元器件选型，然后分别对电源模块、低功耗蓝牙控制模块、驱动电路模块进行设计开发，最后完成PCB板的绘制和制作。

2.智能女性运动内衣的研究趋势

从女性运动内衣的发展来看，女性运动内衣可从款式、功能性材料、柔性传感器、可穿戴智能女性运动内衣系统和缝制工艺五方面进行深入研究。

2.1款式

随着社会经济和人文的发展，人们开始回归对自然生活的向往和追求，穿着内衣不再一味追求塑身、丰胸等效果，而更关注健康、舒适的体验。为了满足人们对舒适内衣的追求，许多企业在面料、工艺、设计等方面不断创新改进。由无缝织造技术基础而产生的无缝内衣出现。20世纪90年代初，意大利圣东尼公司创造了无缝三围立体织造技术，这是对世界传统针织技术的革新。圣东尼公司创造出一系列全电脑无缝针织机，只要输入预先编好的程序、接上纱线，然后等上几分钟，就能得到想要的没有接缝的产品。因此女性无缝运动内衣成为研究的热点。

2.2功能性材料

目前，国内外对运动内衣的面料的研究大部分是通过改变纤维的结构形态来达到吸湿控湿的目的，然而将智能高分子水凝胶材料应用于运动内衣的研究还是比较少的。贠秀琴^[20]将PNIPAM/PVA互穿网络凝胶与运动内衣面料结合为凝胶芯材，并嵌入到运动内衣中改善了运动内衣的舒适性。因此，研究开发智能型调湿调温材料成为当今的研究趋势和热点。智能储热调温纤维织物可以自动感知外界环境温度的变化从而智能吸收、储存、重新分配和放出热量，自动调节服内温度，使服内温度处于较舒适的范围。

2.3柔性传感器

石墨烯作为单原子层二维碳晶体，具有优异的导电性、导热性和机械柔韧性，在柔性可穿戴技术方面有着巨大的潜在应用前景。然而石墨烯宏观组装体却面临着高的搭接电阻问题，使得石墨烯宏观体所表现出的性能低于石墨烯的理论值。通过引入导电聚合物聚(3,4-乙撑二氧噻吩)作为碳纳米管/石墨烯的有机界面粘合剂和导电连接剂，构建三维互通导电网络的方法，并将导电网络嵌入到由天然蟹壳与马铃薯衍生得到的柔性基底中，制备出高性能石墨烯基导电薄膜，有望用于可穿戴智能女性运动内衣^[21]。石墨烯基导电薄膜喷涂在内衣罩杯，石墨烯基导电薄膜的耐水洗性是一个急需解决的问题，是未来研究的方向。

2.4可穿戴智能女性运动内衣系统

可穿戴智能女性运动内衣系统由针织物柔性传感器、数据采集模块、数据处理模块、无线传输模块、供电模块、上位机软件及显示模块等组成，如图1 所示。将导线纱线编织的针织柔性传感器集成在女性运动内衣，构建基于低功耗蓝牙4.0的无线网络以及无线信号传输系统，将采集到的人体生理信号通过串口通信传输到协调器节点，然后利用Visual Basic 6.0的MSComm控件进行协调器节点与上位机之间的通信，并调用相关函数实时显示采集到的传感器电压变化曲线，从而反映出人体生理信号的变化。

图1 可穿戴智能女性运动内衣系统组成

Figure 1 Composition of wearable smart women's sports underwear system

2.5缝制工艺

目前研究人员^[6]将镀银导电纱线引出到服装下端身侧处固定，与外层裹覆聚氯乙烯的导线连接，利用衣服下摆的扎口隐藏导线。但是这种工艺处理略显粗糙，而且穿着不舒适。电子器件与运动内衣之间采用焊接、订合、黏合、缝合、可拆卸等方式实现电子器件与运动内衣的连接。采用拆卸式是目前刚性电子器件模块和运动内衣之间较为理想的连接方式，通过可拆卸的外部连接，保证运动内衣的穿着舒适性、连接可靠性及可洗涤等性能^[22]。一般常采用附加袋、拉链、纽扣、挂钩、搭扣等来实现可拆卸，既能够保证运动内衣的柔软舒适性，又能保证其可洗涤性。另外减少电子器件与服装的连线，避免造成穿着者负担。心电、呼吸频率、温度等传感器应根据生理信号的检测原理放置于人体相应的检测位置，信息处理模块在设计和放置时应考虑人体的可穿戴面积，选择人体运动时相对固定及承载表面积较大的区域，尽量减少穿着者负担。如何对可穿戴智能女性运动内衣进行完善的工艺设计实现量产，将是未来商业化发展的关键问题。

3.智能女性运动内衣的发展前景

智能女性运动内衣设计应面向女性消费者的日常需求，在考虑人体工学、服装舒适性、安全性、美观性等因素的基础上完善和改进其设计。智能女性运动内衣的发展前景如下：

（1）服装款式及结构设计研究。人体运动过程会产生肢体移动，造成柔性传感器与服装相对位置移动和接触压力的变化，将会影响生理信息的检测、判断以及穿着时的舒适性。因此，应加快对智能女性运动内衣与皮肤之间的动态作用研究，提高智能女性运动内衣的可靠性及穿着舒适性。

（2）服装工艺设计研究。服装工艺设计既要考虑柔性传感器与女性运动内衣结合的一般要求，又要考虑不同的方法为女性运动内衣提供一个好的集成环境，又不破坏面料的基本性能。

（3）利用三维人体扫描对智能女性运动内衣进行量身定制。进一步对人体三维扫描系统的研究，建立人体三维形态数据库，实现智能女性运动内衣的量身定制。

（4）柔性传感器、集成电路、电池的纺织化。目前智能女性运动内衣大都采用电子传感器与内衣的物理结合，将集成电路和电池纺织化将成为智能纺织发展的重要方向，未来将电池、信号处理元件与电子元件编织进运动内衣，实现电子元件与运动内衣的整合。

参考文献

[1]贺昌城,顾振亚.智能型纺织品[J].针织工业, 1999(4): 48-52.

[2]Fensli R, Gunnarson E, Hejlesen O. A wireless ECG system for continuous event recording and communication to a clinical alarm station[J]. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc, 2004, 3:2208-2211.

[3] Martin T, Jovanov E, Raskovic D. Issues in Wearable Computing for Medical Monitoring Applications: A Case Study of a Wearable ECG Monitoring Device[J]. Iswc, 2000:43.

[4] Park S, Jayaraman S. Enhancing the quality of life through wearable technology.[J]. IEEE Eng.med.biol.mag, 2003, 22(3):41.

[5] LIU Y, SUN S. Smart sport under-wear design[C]//Computer-aided Industrial Design and Conceptual Design. Hangzhou: 7th International Conference on Computer－aided Industrial Design and Conceptual Design, 2006:1-3.

[6] 韩潇. 集成柔性针织传感器的智能监测无缝内衣研发[D]. 东华大学, 2015.

[7]王美丽. 基于人工神经网络休闲运动胸衣舒适性的研究[D]. 江南大学, 2009.

[8]魏林娜. 织物结构对无缝运动内衣面料性能影响的研究[D]. 北京服装学院, 2012.

[9]周欢庆. 交织对无缝运动内衣性能的影响研究[D]. 北京服装学院, 2012.

[10]Yip J, Ng S P. Study of three-dimensional spacer fabrics: Molding properties for intimate apparel application[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2009, 209(1):58-62.

[11] 尹玲, 张文斌, 夏蕾. 服装压力舒适性的研究综述与剖析[J]. 纺织学报, 2008, 29(3):137-142.

[12] 于施佳. 女式无缝内衣压力舒适性研究及其尺寸优化[D]. 浙江理工大学, 2008.

[13] 汤倩. 整形内衣压力测试系统的开发与应用[D]. 江南大学, 2009.

[14] 高婕. 基于心率变异的女子篮球运动内衣压力舒适研究[D]. 浙江理工大学, 2014.

[15] 岑司竹. 基于血流量和运动心率的运动文胸压力舒适性研究[D]. 东华大学, 2017.

[16]Pang S, Gao Y, Choi S. Flexible and Stretchable Biobatteries: Monolithic Integration of Membrane‐Free Microbial Fuel Cells in a Single Textile Layer[J]. Advanced Energy Materials, 2018, 8(7):1702261.

[17] Malhi K, Mukhopadhyay S C, Schnepper J, et al. A Zigbee-Based Wearable Physiological Parameters Monitoring System[J]. IEEE Sensors Journal, 2012, 12(3):423-430.

[18] 易红霞, 龙海如, 李家成. 基于针织柔性传感器无线传输系统构建与测试[J]. 针织工业, 2015(4):59-62.

[19] 祁乔之. 基于移动平台的智能文胸设计与研究[D]. 浙江理工大学, 2017.

[20] 白会东. 智能高分子凝胶芯材嵌入式运动内衣面料性能分析与应用[D]. 西安工程大学, 2013.

[21] Miao J, Liu H,  Li Y, et al. Biodegradable Transparent Substrate Based on Edible Starch-Chitosan Embedded with Nature-Inspired Three-Dimensionally Interconnected Conductive Nanocomposites for Wearable Green Electronics[J]. Applied Materials & Interfaces, 2018, 10(27):23037-23047.

[22] 严妮妮, 张 辉, 邓咏梅. 可穿戴医疗监护服装研究现状与发展趋势[J]. 纺织学报, 2015, 36(6):162-168.