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會照顧人的衣服?智慧衣知多少(二)─探索智慧衣的奧秘
 
 
 
智慧衣顧名思義,有智慧的衣服!那什麼是有智慧的衣服呢?簡單來說就是它能夠收集身體的資訊。就像是我們去做檢查,需要量測心跳,血壓等,智慧衣就是將這些原本需要專業儀器才能收集到的資訊,藉由衣服將數據傳至手機裡面作分析,讓人們可以輕鬆的隨時監控及掌握自己的身體狀況。
 
智慧衣的運作模式
 
 

智慧衣看似簡單,其中涵蓋的技術其實很多,包含了紡織、電子、通訊傳輸,訊號處理分析等。我們將從收集訊號開始,一步一步的介紹運作時會運用到的技術。

 

通常醫院為了瞭解病人的身體,需要在病人的皮膚上貼上一次性電極貼片,如圖一。以肌電圖來說,量測來自人體的生理訊號作為診療判斷,醫師會要求受試者放鬆及出力,來觀察肌肉收縮時的電氣活動,瞭解病人的肌肉資訊給予合適的治療。

 
然而上述的流程,需要倚靠電極貼片連結大型儀器來作處理分析,因此受限於設備的體積只能在醫院執行。而智慧衣則是在衣服上裝上一個微小的傳感器讓我們隨時都能簡單紀錄自己的身體資訊來達到自主性的健康管理,而這規律性的生理紀錄也能夠為診療提供更詳細且明確的數據。
 
智慧衣為了能夠像電極貼片般的偵測生物電訊號,在衣服上使用了導電材料來代替電極貼片及線材。導電材料主要可分為兩種:其中一種是重量輕、耐水洗的導電纖維,主要是由金屬纖維和其他纖維混紡交織而成;另一種則是製造便宜、可回收且有彈性的導電油墨。只要將這些導電材料放置在所需要偵測的位置,即可成為一件能夠偵測生物電訊號的智慧衣,此外,為了增加生理電訊號的準確性,智慧衣通常會比我們日常所穿著的服裝合身許多,讓衣服更能貼近我們的皮膚以利於收集生物電訊號,接著再將收集到的訊號,傳至感測晶片中,經過一系列簡單的訊號處理後用無線通訊的方式將訊號傳至手機上。
 
 
使用導電纖維材質替代電極貼片的智慧衣來量測皮膚上的生物電訊號。
(圖片來源:國立中山大學-嵌入式系統實驗室)
▲使用導電纖維材質替代電極貼片的智慧衣來量測皮膚上的生物電訊號。 (圖片來源:國立中山大學-嵌入式系統實驗室)
 
使用導電油墨材質替代電極貼片的智慧衣來量測皮膚上的生物電訊號。(圖片來源:國立中山大學-嵌入式系統實驗室)
▲使用導電油墨材質替代電極貼片的智慧衣來量測皮膚上的生物電訊號。(圖片來源:國立中山大學-嵌入式系統實驗室)
 

但在訊號傳輸前,有個重點需要注意到,也就是傳輸量問題,不同的生理偵測會導致不同的傳輸量,舉例來說,我們偵測心跳傳輸量一秒只要50~100筆的資料量即可,但若今天我們要偵測的肌電訊號,此時為了準確問題,一秒需要達到2000筆的資料量,這時如果使用藍芽傳輸則可能無法滿足資料的流量。為了解決傳輸量太大的問題,需要使用壓縮的技術,而壓縮的關鍵在於該如何有效的壓縮數據又不會失去需要分析的資訊。

 
因此,當資料傳輸至手機上,除了將剛剛壓縮的訊號復原外,主要就是要分析數據的意義了,需要計算心跳或者是偵測肌肉出力,都是要用手機端來作分析。將看似無意義的數據,抽絲剝繭,找出關聯性,方能將有用的資訊顯示在螢幕上讓使用者一眼就能清楚明瞭自己的生理狀況,最後再透過網路將這些資訊上傳至雲端作紀錄。
 
 
智慧衣偵測心律、呼吸、肌肉等資訊的手機介面圖。(圖片來源 : https://www.liveathos.com/)
▲智慧衣偵測心律、呼吸、肌肉等資訊的手機介面圖。(圖片來源 : https://www.liveathos.com/)
 

數據的應用

 
將感測貼片收集到的身體數據,藉由藍芽、Wi-Fi等無線發射器傳入手機或電腦,再透過網路將數據傳入雲端內作紀錄。您是否想過,這些收集到的數據能做什麼用途呢?
 
在醫療照護下,有些病患需要監測每天的心跳,例如:是否有心律不整的情況,而智慧衣幫助了此情況的病人,不必隨時帶著偵測心跳的儀器,也可以達到監測的目的。而從運動角度來看,運動員在訓練的時候,教練能藉由智慧衣感測到肌肉活動程度,來擬定一個更完整且精確的訓練行程,對運動員來說能達到最有效的訓練。加上近幾年也開始興起了健身的熱潮,智慧衣也可以幫助熱愛健身的人們,用手機來及時的監測自己是否正確的使用到自己預期訓練的肌肉部位。
 
除了上述的例子,在年長者的照護上,智慧衣確實也是一位相當得力的助手。以台灣來說,日間長照通常都是1:20的人員比,也就是1位照護人員須照顧20位年長者,每天早上就必須作心律等相關健康監測工作,若每位年長者都需要作相關健康量測,其實對於照護者來說,是非常耗時又耗力的。若每日於年長者抵達照護中心時即換上智慧衣,除了統一服飾方便管理外,智慧衣還可自動感測生理訊號並且將資訊傳回手機或中控中心,不僅能夠對於每一位年長者做到即時的監測,也讓在外工作的家人只需透過網路就可以瞭解到家中長者的身體狀況,也幫照護人員分擔了部分繁瑣的測量流程。
 
智慧衣的挑戰,除了上述提到關於技術層面的問題外,更多的挑戰則是在於市場的接受程度,如民眾對於智慧衣的相關知識、用途不熟悉等,進而讓智慧衣目前尚未全面普及。那該如何解決呢?智慧衣的製程除了要有一套標準的檢測程序外,技術人員的介面設計更需貼近民眾,即為清楚、明瞭、方便使用(特別是要讓年長者能夠輕鬆操作)等優點,再透過專業行銷人員的宣傳與推廣,方能讓更多民眾知道智慧衣其實能夠為我們的生活帶來許多的便利性!
 

總編輯:國立中山大學資訊工程學系 黃英哲教授

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)
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