仿生学原理在智能服装设计中的应用.pdf

仿生学原理在智能服装设计中的应用王欣琦（西安工程大学，陕西 西安 710043）【摘要】模仿生物的外形、结构和特征,将其应用到服装设计之中，可丰富服装的款式、结构和使用功能。论述了仿生学原理在智能服装设计中的应用。【关键词】仿生原理；智能服装；设计应用文献标识码：B文章编号：1671-3389（2023）03-49-021仿生设计的阶段1.1直接利用阶段远古时期，人类为了御寒和遮羞，将树叶、草等植物捆扎起来，围系在身上，或将捕获的野兽皮毛围在身上。这是人类仿生的最初做法，虽然简单，却是人类仿生意识的开始，也是人类智慧的表现。人类最初的服装仿生，对人类的生存起到了重要的作用。1.2外部形态仿生阶段随着人类的发展进步，人们开始思考从自然界中获取设计灵感，美化自己的装束。1.2.1外形仿生。模仿动植物的外部形态或特征制成服装，如鱼尾裙、燕尾服、蝙蝠衫、翼装飞行服等。再如，衣服上装饰的荷叶皱褶、蝴蝶结等。以动物皮毛的功能为灵感设计的仿生衣服，如可以加快泳者速度的鲨鱼皮泳衣和鸭脚蹼等。还有对动物形态的完整模仿，如动物造型的卡通服、玩偶服等。1.2.2色彩仿生。大自然丰富多彩的颜色为服装设计师提供了天然色彩库。色彩模仿就是在服装设计中所用布料的颜色选自大自然的色彩。有些衣服采用了植物花或果的色彩并以其命名，如杏黄、栗色、橄榄绿、玫瑰红、藕荷色等；还有来自于动物身体某一部分的色彩，如象牙白、乳白、鸭蛋青、孔雀蓝、驼色等；也有取自矿物质的色彩，如宝石蓝、金黄色、黄铜色等。此外，在染料的制取上也有直接取自于自然界的，还有利用仿生原理生产染料的，以便更加安全和环保。1.2.3材料仿生。服装材料仿生有两种形式：面料仿生、肌理仿生。面料仿生，是将动物皮毛等的天然属性及美学价值吸纳到服装面料的设计中。如人造真丝即是模仿桑蚕丝生产的，人造裘皮则是模仿动物毛皮制成的。肌理仿生，是对天然物质表面呈现的肌理纹络的模仿。在服装设计时，要充分掌握肌理的相关属性与审美，如豹纹外套便是仿照豹子皮肤肌理制作的。1.3功能仿生阶段功能仿生包括三个类别：防护仿生、隐蔽仿生和提示仿生。防护仿生服装如滑雪服、雨衣等。雨衣的设计灵感来自于对荷叶上的蜡状物质的模仿。这类仿生服装可以保证穿着的专业性和使用的安全性，为进行户外运动的人提供了强大的保障。隐蔽仿生服装通常运用在军事装备上，例如，迷彩服就是仿照变色龙制造的。提示性仿生则主要用来增强衣服在特定场景中的辨识度，例如交警夜间穿着的工作背心，探险科考及登山队员穿着的具有发光功能的衣服，其创意灵感来自于萤火虫，利用其对光线的反射原理，起到提醒、警告等作用，以确保这些人在特殊环境里的行动安全。1.4智能仿生阶段智能仿生，也就是通过衣服的设计与加工模拟动植物生长的过程，从大自然有机体的构造、形状等特性中获得灵感，设计与生物体相同的功能或直接模拟动植物的特性，从而使服装具备了认知能力、信息处理功能和社会行动能力。以上四个阶段的划分主要是出于归类考虑，在时间上没有严格的界限，甚至还有许多交叉。2智能仿生服装的工作原理2.1智能传感器步入信息时代，人们在利用信息的过程中，首先需要解决的是获取准确的信息。而有时人体感官无法获得这些信息，这就必须要借助具有高灵敏度的传感器，它获取信息能力强，可感知各种现象，可以说，它是人类感觉器官的有效延伸。传感器的功能是采集和检测信息，并将采集到的信息转换成电信号或其他类型的信号，以满足对数据传输、存储、处理、显示、记录、控制等的要求。智能传感器是传感器与微处理机相结合的产物，兼有信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能。其具有模仿人的感觉器官及人脑的功能，可协调动作。它具有多参数综合测量的功能，并配有数字通信接口，可实现49辽宁丝绸技术应用第 3 期（总 185 期）多种数据输出，能适配多种应用系统，可将信息直接送入远程计算机处理。同时，针对用户的特定需求，可在原产品上进行二次开发，节省了时间，提高了效率。2.2处理器数据处理器的作用是对传感器发送过来的信号加以处理，一般采用功能版本稍低的计算机。微处理芯片的应用大大提高了对信息的处理效率，存储芯片的使用极大地提高了信号处理的可靠性和精确度。信号处理的第一阶段就是把传感器所采集的模拟信息转换为数字信号。第二阶段是信号预处理，把多余的信息过滤掉，把有用的信息提取并保存下来，如对噪声滤波和失真校正。第三阶段是特征抽取或参数选取阶段，该阶段，将会对信号的一些特征做出评估，如辨别、推断和预测生理状态的分析辨别能力。2.3执行系统执行系统执行由处理器传送过来的指令，它就像是人的五官和四肢。现在的智能服装有的只是起到监测身体某些指标的作用，发现异常后发出报警信号。更多的智能服装，它执行操作的功能是由制成服装的面料本身所具有的特殊功能完成的。现在，许多集成化的传感器已将上述三部分的功能集成在一起，制成微型的集成传感器。2.4电源电源是为智能仿生服装电子系统提供电能的装置，现在普遍使用的是锂电池。锂电池也有不足之处，所以对智能仿生服装的电池提出了更高要求。应研制开发体积小、重量轻、容量大、续航能力强的高性能电池。目前，一些科研机构正在研制放置于衣服里的太阳能电池、内嵌在鞋里的压电陶瓷，以及利用人的体热、呼吸等生理活动提供电能的装置。3智能仿生服装的应用领域3.1健康监护健康监护智能服装的主要功能是监测人体生理指标，它采用了医学传感器和周边感应器。医学传感器通过体表电极来采集心电、脑电、眼电和肌电等生理信号。此外，还有监测体温的热敏电阻，监测脉搏的压电传感器，以及监测血压、血氧饱和度及心率的红外线发射接收系统。另外还有测量跑步速度、关节角度、障碍物的运动生理传感器等。在医学上，它能够检测步态失常、帕金森氏病等，并可引导视力障碍的患者行走，以躲避障碍物。周边传感器用于监测人体周围的环境状况，并将监测到的信息传递至主系统中，使其相应地调整自身的工作状态，以提高主系统的情境感知能力，从而正确评估医学传感器的工作。2015 年，中科院北京纳米能源与系统研究所联合重庆大学利用仿生人耳膜构造，结合摩擦纳米发电机原理，成功研制出利用柔性薄膜基底的人体体表脉搏压力传感器，实现了对心血管系统健康状况的监测。3.2安全防护身体防护仿生智能服装，主要是用传感器采集人体外环境温度、湿度、压力、光线等的变化，并将信号处理后传送给操作系统。它的操作系统一般是采用特殊的服装面料制作。在收到指令信号后，便在人体与服装间形成一个小的空间或面料的组成单元的角度、方向发生变化。如由深圳人本国际科技服饰公司开发的智能仿生制冷马甲系统，其智能装置做到了超静音效果，并开发了自己的仿生智能系统。就外表来说，它和一般服装基本上没有差别，但却可以起到降温的效果。它拥有一种像变频空调那样的恒温控制系统，能够达到恒温效果。这种服装适合在高温和高温密闭环境中使用。3.3运动健身运动健身领域的智能仿生服装其工作原理与健康监护仿生智能服装相似，区别主要是其传感器采集的信息不同。深圳智裳科技公司使用具有生物电、压力等传感功能的柔性传感新材料研制了一款智能瘦身衣，通过产生脉冲波模拟人的大脑神经中枢电信号刺激肌肉高效运动，达到瘦身效果。3.4军事装备用于军事装备领域的仿生智能服装可在不同环境下提升其对士兵的防护能力及对生命体征信息的检测能力。如“变色龙军服”，可以适应战场变化多端的环境，作好隐形伪装，降低被敌方发现的概率，并兼具防弹功能。这种军服既可防弹，又可随环境改变颜色；可以检测士兵的心跳，还可以自动调节军服内部温度。它选用透气的布料制作，平时穿着十分舒服，一旦检测到生化武器的攻击，便瞬间密闭，实现与外界的隔离。4结语仿生技术在智能服装设计与发展中占有十分重要的地位，需要相关各方认真加以研究和充分利用。随着传感器技术的不断发展以及服装面料的创新与突破，加之信息技术的不断升级，一个由无线、移动和传感技术融合组成的微型无线智能传感网络势必为仿生智能服装的发展带来新飞跃。仿生智能服装的应用领域必将越来越宽广。参考文献1李军.多行业应用中的智能服装现状及发展趋势研究J.中国战略新兴产业，2020（04）：171-172.2郝静雅.智能服装发展现状及趋势J.纺织导报，2020（04）：62.3刘迎春，叶湘滨.现代新型传感器原理与应用M.国防工业出版社，2020（05）.50辽宁丝绸技术应用第 3 期（总 185 期）