麻省理工学院的研究人员利用一种新的制造工艺，生产出了与身体紧密贴合的智能纺织品，这样他们就可以感知佩戴者的姿势和动作。通过加入一种特殊类型的塑料纱线，并利用热量使其略微融化鈥攁 称为热成型的过程鈥攖研究人员能够极大地提高编织成多层针织物的压力传感器的精度，他们称之为3DKnITS。

他们利用这个过程创建了一个“智能”鞋和垫子，然后构建了一个硬件和软件系统来实时测量和解释来自压力传感器的数据中国建材网cnprofit.com。机器学习系统预测了一个人站在智能织物垫上的动作和瑜伽姿势，准确率约为99%。

麻省理工学院媒体实验室的研究助理、一篇介绍3DKnITS的论文的主要作者Irmandy Wicaksono说，他们的制造过程利用了数字针织技术，能够快速成型，并且可以轻松地扩大规模进行大规模制造。这项技术可以有许多应用，特别是在医疗保健和康复方面。例如，它可以用于生产跟踪受伤后再次学习走路的人的步态的智能鞋，或用于监测糖尿病患者脚部压力以防止溃疡形成的袜子。

Wicaksono说：“有了数字针织，你可以自由设计自己的图案，也可以在结构本身中集成传感器，因此它变得无缝舒适，你可以根据你的身体形状开发它。”他与麻省理工学院本科生彼得·G·黄、萨米尔·杜洛比和艾莉森·N·塞里奥通过本科生研究机会项目撰写了这篇论文；刚刚毕业于韦尔斯利学院的Xi；南洋理工大学助理教授魏岩；以及资深作者Joseph A.Paradiso，Alexander W.Dreyfoos教授和媒体实验室响应环境小组主任。这项研究将在IEEE医学和生物工程学会会议上发表。

帕拉迪索说：“智能织物的一些早期开创性工作发生在90年代末的媒体实验室。从那时起，材料、嵌入式电子设备和制造机器取得了巨大进步。”“现在是我们研究回归这一领域的好时机，例如通过Irmandy的项目鈥攖这是一个激动人心的未来，传感和功能更流畅地扩散到材料中，并开辟了巨大的可能性。"

针织诀窍

为了生产一种智能纺织品，研究人员使用一种数字针织机，将多层织物与一排标准和功能纱线编织在一起。多层针织物由夹在压阻针织物周围的两层导电针织纱线组成，压阻针织物在挤压时会改变其电阻。按照图案，机器将这种功能性纱线以水平和垂直行在整个纺织品中缝合。Wicaksono解释说，在功能纤维相交的地方，它们会产生一个压力传感器。

但纱线柔软柔韧，所以当佩戴者移动时，层会移动并相互摩擦。这会产生噪音并导致变化，使压力传感器的准确性大大降低。Wicaksono在中国深圳的一家针织厂工作时想出了这个问题的解决方案，在那里他花了一个月的时间学习编程和维护数字针织机。他观察了工人们用热塑性纱线制作运动鞋，当加热到70摄氏度以上时，热塑性纱线就会开始融化，这会使织物稍微硬化，使其保持精确的形状。

他决定尝试将熔融纤维和热成型纳入智能纺织品制造过程。

“热成型确实解决了噪音问题，因为它基本上通过挤压和熔化整个织物将多层织物硬化为一层，从而提高了准确性。热成型还允许我们创建3D形状，如袜子或鞋子，实际上符合用户的精确尺寸和形状，”他说。

一旦他完善了制造工艺，Wicaksono需要一个系统来准确处理压力传感器数据。由于织物是作为网格编织的，他制作了一个无线电路，扫描织物上的行和列，并测量每个点的电阻。他设计这个电路是为了克服由“重影”模糊性引起的伪影，当用户同时对两个或多个单独的点施加压力时会出现这种伪影。

受图像分类深度学习技术的启发，Wicaksono设计了一个系统，将压力传感器数据显示为热图。这些图像被馈送到机器学习模型，该模型经过训练以基于热图图像检测用户的姿势、姿势或运动。

分析活动

一旦该模型经过训练，它可以以99.6%的准确率对用户在智能垫子上的活动（步行、跑步、做俯卧撑等）进行分类，并可以以98.7%的准确率识别七个瑜伽姿势。

他们还使用圆形针织机制作了一款贴身的智能纺织鞋，在整个3D纺织品上分布了96个压力传感点。他们用这只鞋来测量穿着者踢足球时施加在脚不同部位的压力。

3DKnITS的高精度可使其适用于精度至关重要的假肢应用。Wicaksono说，智能织物衬垫可以测量假肢放置在插座上的压力，使假肢医生能够轻松地看到设备的适合程度。

他和他的同事们也在探索更具创造性的应用。他们与一位声音设计师和一位当代舞者合作，开发了一种智能纺织地毯，根据舞者的舞步驱动音符和声音场景，以探索音乐和舞蹈之间的双向关系。这项研究最近在ACM创造力和认知会议上发表。

“我了解到跨学科合作可以创造一些真正独特的应用，”他说。

既然研究人员已经证明了他们制造技术的成功，Wicaksono计划改进电路和机器学习模型。目前，模型必须针对每个人进行校准，然后才能对动作进行分类，这是一个耗时的过程。删除该校准步骤将使3DKnITS更易于使用。研究人员还希望在实验室外对智能鞋进行测试，以了解温度和湿度等环境条件如何影响传感器的准确性。

埃里克·伯克森说：“看到技术以如此有意义的方式发展总是令人惊讶。想到我们穿的衣服，一个袖子或一只袜子，可以用它的三维结构来进行传感，这是难以置信的。”，哈佛医学院整形外科助理教授和马萨诸塞州总医院运动医学整形外科医生，他没有参与这项研究。“在医学领域，特别是在骨科运动医学领域，该技术能够更好地检测和分类运动，并在真实世界（实验室外）情况下识别力分布模式。这种思维方式将增强损伤预防和检测技术，并帮助评估和指导康复。”