智慧型紡織品：電子化紡織品
97/06/11
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張正東｜
紡織產業綜合研究所產品部
電影〈燕尾服〉（The Tuxedo）中一個生活平淡的司機，發現一件充滿先進科技功能的燕尾服，只要穿上他就變得無所不能，瞬間可以成為武林高手，轉眼間歌喉和舞技也能突飛猛進如同明星一樣，只要他依衣服上顯示幕的指示鍵入設定，就可改變衣服的功能。像電影上這種多功能的服飾，就是智慧型服飾。智慧型紡織品（smart textile）或智慧型服飾是整合服飾或織物與電子電路，使其具有兩者特性的多功能產品。因此智慧型紡織品具有電子元件及電子電路的特性，也可泛稱為電子化紡織品（e-Textile）。
電子化紡織品不同於一般智慧型材料的高科技紡織品，後者是因材料的特性使紡織品具有特殊的功能，如相變化材料紡織品利用不同熔點的材料來調節溫度，使紡織品有保持溫度的機能。
所謂智慧就是能思考，當受到外界刺激時，能夠感知而立即做出反應。電子化紡織品之所以有智慧，是因為紡織品附加電子元件及布置電子電路後，具有感知、思考及反應的功能。這些功能的控制元件就是感測器、處理器及致動器，電子化紡織品不外乎在紡織品中嵌入這些控制元件，或把這些控制元件以紡織品的型態呈現，這些控制元件不是硬梆梆的矽晶材料，而是柔軟的紡織品。
電子元件與紡織品
由於半導體製程及無線通訊科技的精進，更小、更便宜及更有效能的電子元件隨之普及，人們對可攜帶的小型電腦如行動電話和個人數位助理（PDA）的需求與日俱增，促成電子化服飾的興起。
紡織品是最輕量化且必須穿著的載體，若能夠把隨身攜帶的電子產品置於紡織品內，隨著穿著的服飾四處遊走，就不怕把電子產品遺漏掉。相較於電子產品的微小化，紡織品是個大面積的基板，可隨意配置電子元件。基於這些優點，何不把所有電子元件配置在紡織品上？問題是如何使電子元件與紡織品整合？是不是把電子元件嵌入到纖維、布料和紡織品內，或是服飾及配件內？這些嵌入的電子元件是否能像紡織品一樣可以水洗？
若只是使電子元件及電子電路與紡織品結合，並不能稱為電子化紡織品。紡織品的特性在於輕、薄，具有懸垂性及可水洗性，因此電子化紡織品的研發目標，是把電子元件及電子電路以紡織品型態呈現，但目前的電子材料並不適合做為紡織品。電子化紡織品能從電子嵌入式跨進，主要是因為導電性紡織品的開發。導電性紗線可用來傳輸訊號及電流，而導電性織物可做為電容器、感測器、加熱器等。目前國外學術單位甚至利用織物經緯的排列做為矩陣式電路，以開發電晶體紡織品，將來也可開發成顯示器。
目前開發電子化紡織品的方向，是盡可能把電子材料製作成紡織品材料，而電路較複雜的電子元件如 IC 及高效能電池，則集中成獨立的電子元件。元件可製作成紡織品的配件，或是藉由配件來連接紡織品，當不使用或洗滌時再把電子元件拆除。
目前國內開發的電子化紡織品，包括生理感測性紡織品，如心電感應方向盤套、遠端心電監測紡織品、運動心跳監測紡織品、卡路里監測紡織品；休閒娛樂紡織品，如織物鍵盤、MP3音樂服飾；保健紡織品，如電擊紡織品及按摩紡織品；能源紡織品，如太陽能背包、太陽能布膜溫控紡織品；加熱紡織品，如數位壁爐、織物烤箱、溫控服飾等。
訊號的傳輸
電子化紡織品都需要訊號的傳輸，才能把輸入的訊號經處理後輸出，進行顯示或控制。不論是有線或無線的傳輸，都以導電紗線為主。在同一紡織品上的訊號傳輸，可以把導電紗線直接織造或縫製在紡織品上，或以織物排線的方式傳輸訊號，如 MP3 播放器或手機的線控裝置，甚至以織物鍵盤取代輸入裝置，藉由織物排線傳輸到主機。若電子化紡織品訊號的傳輸不在同一件紡織品上，則需藉由無線傳輸的方式傳遞訊號。
電子化紡織品訊號無線傳輸的目的，是把儲存在通訊晶片上的資訊或與通訊晶片連接的外部元件上的資訊，經由無線射頻的方式，傳輸至具有相同頻率的無線射頻通訊裝置，或接收其發射的資料。把通訊裝置以紡織品的方式呈現，較普及的通訊裝置就是無線射頻辨識系統（radio frequency identification, RFID）。就一般無線射頻辨識標籤而言，其晶片體積很小，而天線占有大部分面積，但天線構造單純，只要天線的設計適當，便可以使用導電性紡織品來取代。
目前國內外研究機構所發展的通訊紡織品，都以辨識標籤為主。通訊用紡織品標籤以RF傳導方式，由讀取器讀取儲存在晶片上的資料，再把讀取的資訊以有線或無線方式傳送回主機。標籤內含微細的通訊晶片及天線，其中天線占有大部分體積，最適合以紡織品的形式呈現。
天線用來接收及傳送電磁波，因此需具有低阻抗高傳導的特性，以紡織品的形式呈現，可以使用導電性紡織品或紡織製程的技術來達成。在方法上，可使用導電紗以車縫、織造方式製作，或以濺鍍、噴墨的方式把導電性高分子印在紡織品上。標籤的工作原理採用磁場或電磁波方式，兩者的織物天線設計不同，使用的紡織製程技術也不相同。磁場感應的織物天線是線圈形式；電磁波傳導時，波長與織物天線的長度有關，通訊距離受天線影響也較大。
在結合生理監測與無線通訊紡織品的開發上，目前已可連續傳送資料，在頻寬的限制下，200 Hz 的取樣頻率可達到一對三的水準。市面上無線感測標籤讀取的多是單筆資料，即使連續資料同一時間也只能一對一通訊。在達到功能要求後，目前朝處理器微小化及能源供應上進行改善。
此外，為了使通訊紡織品穿在人體上仍能有效工作，在設計天線時，也需考量人體對通訊的干擾及全向性的布線方式。國內結合生理監測與無線通訊紡織品的產品，目前已在醫院病房內做實機測試，系統在每個房間及公共區域都布置了讀取器，不但在任何地方都可傳輸病患的生理訊號，還具有病患的定位追蹤功能。
在通訊上的應用
電子化紡織品在通訊上的應用，除了上述與生理監測結合做為生理訊號的傳輸外，主要是開發射頻辨識用的通訊紡織品，以應用在服飾的供應鏈上做物流及庫存的管理。通訊紡織品標籤可以用衣服織標或洗標的型態呈現，而附加在服飾上。在零售業可做為單一商品的庫存管理、防偽、防竊、客戶管理等應用。服飾的應用情境可以就智慧型衣櫥、智慧型試衣間及顧客管理來說明。
智慧型衣櫥 通訊紡織品利用服飾具有辨識的功能，以網際網路的通訊方式連結氣象局的天氣資訊及個人行事曆，建議最佳配對的服飾。經由服飾的標籤及衣櫥讀取器，可記錄每件衣服的穿著日期及次數，對於穿著次數較少或久未穿著的服飾，則可提醒服飾主人。將來可與服飾公司資訊結合，進行有新款式且適合時的服飾主動式行銷。目前開發的系統是概念式的系統，將來可順利地導入量產。
智慧型試衣間 就設計師的觀點，智慧型試衣間是「美的體驗與迴響」；而就客戶的觀點可說是「女人最愛」，能增添許多美麗的個人化服飾。
顧客把衣服從衣架上取出或試穿時，就會從試衣間裝設的讀取機讀取服飾上的通訊紡織品標籤及VIP卡。這樣的資訊可進一步分析服飾的試穿頻率，以及顧客個人對服飾偏好的樣式、顏色等，並從服飾購買的紀錄得知哪些服飾叫好不叫座。有了這樣的分析，在下一季規劃新款服飾時，就可以提供設計師參考，連店面櫥窗要展示哪些衣服，都可以適當安排。此外，試穿衣服時也可以搭配適當的媒體播放，呈現該服裝設計的理念及服飾孕育的過程，以及該款服飾可以搭配的衣服，以帶動顧客的買氣。
顧客管理情境 對服飾業經營者而言，必須策略性地經營具有忠誠度的購買者，甚至設法讓隨意購買者及偶爾購買者也能夠成為忠誠的購買者，方能長遠地鞏固公司在市場上的地位。
結合通訊紡織品標籤的特性，每件出廠的衣服都有唯一的識別碼，當服飾銷售後會記錄購買客戶的資料，包括顧客的姓名、穿著的服裝尺碼、平日購買紀錄、樣式、花色、服裝修改資料等訊息。當顧客穿著該公司的服飾進入門市或皮包內有 VIP 卡時，門口的讀取機讀到顧客身上的服飾或 VIP 卡的訊號，店員便可以知道這位顧客的姓名、以往曾經購買過的服飾及穿著的尺碼。而根據顧客以往的購買紀錄，店員就可提供適當的服飾搭配與建議，或告知最新活動、折扣等訊息，營造以客為尊的購買環境。
但因有身分辨識的功能，仍須尊重顧客的隱私權，在銷售服飾或發 VIP 卡的同時，須徵求顧客是否同意在服飾標籤或 VIP 卡上附加辨識的功能。
非衣著用電子化紡織品
紡織品依用途可分為衣著用、家飾用、產業用等，目前國內生產的紡織品仍然以衣著用為主，占 60％ 以上，比歐美高，顯示非衣著用紡織品仍有很大的成長空間。非衣著用的電子化紡織品有加熱溫控紡織品、太陽能紡織品、發光紡織品等。
太陽能紡織品 太陽能紡織品是把太陽能元件塗布在布膜上，太陽能布膜把光轉換成電，便可做為室內家電用品的電源，或儲存在織物電容內做為備用的電源。目前太陽能電池大都是單晶矽，轉換效率雖然較高，但其非可撓性且不可染色的物性並不適用於紡織品。目前太陽能紡織品開發結合了染料敏化太陽能電池，朝薄膜太陽能電池的方向進行。
發光紡織品 發光紡織品是目前國內外正積極開發的紡織品，其方式是把發光二極體（LED）嵌入具有導電紗線的紡織品中，或以薄膜型的發光元件與導電織物結合。2006 年世界杯足球賽啟用的慕尼黑安聯體育館，外圍被布膜所環繞，布膜由環繞四周的 1,080 個 LED 平板照射，共可發出3種顏色，分別是紅色、藍色及白色，其中紅色與藍色分別代表兩支足球隊。這種採用布膜的建築物，將來可以用發光紡織品來取代，除了可供照明用之外，還可美化環境。
把太陽能電池、織物電容及發光紡織品結合的家飾用窗簾，在白天可以遮蔽陽光並儲存太陽能轉換的電能，在晚上把儲存的電能轉換成光，便可當作室內的照明。
