由抗噪声导电纱线制成的一种新型智能织物，有望在健康监测、运动表现分析和康复训练中发挥作用。相关研究成果已发表于《科学进展》（Science Advances）。
理研材料工程师 Sunghoon Lee 将自己对运动的兴趣与科研工作结合起来。“我个人很喜欢棒球，”Lee 介绍说。他的团队此前曾开发过一种指尖传感器，用于监测棒球投手的投球动作。
如今，团队进一步研制出一种轻薄、舒适的智能纺织品，可用于监测身体状况、分析运动表现，并为康复训练提供指导。
Lee 目前就职于理研新兴物质科学中心。他表示，这项技术能够在动态运动过程中高精度记录全身肌肉活动，有望帮助临床医生更好地评估康复进展，协助运动员优化动作，同时也为研究人员深入理解人体生物力学提供新工具。
利用肌电图监测肌肉
这款智能织物基于肌电图（EMG）技术工作。EMG 通过测量肌肉收缩时产生的微弱电信号，来反映肌肉在运动中的激活情况。
但肌肉电信号本身只有几毫伏，非常微弱，极易被周围环境中的电噪声淹没，这一直是限制 EMG 广泛应用的关键难题。
降噪挑战
传统 EMG 系统通常需要在靠近肌肉的位置放置体积较大的放大器或无线模块，以尽量减少噪声干扰。这不仅增加了设备重量，也限制了佩戴者的活动自由度。Lee 指出，新开发的柔性 EMG 纺织品有望大幅简化全身肌肉信号的采集方式。
他解释说，这种柔性 EMG 织物的核心是一种本质可拉伸的电磁导体，用于感知并传输肌肉信号。在本次研究中，团队采用了市售银镀层尼龙纱线，并以聚氨酯作为芯材进行包覆。目前他们也在开发自有的可拉伸导线。
然而，当这类导体被用于大面积、可拉伸的系统时，物理接触、身体运动以及周围电子设备产生的电磁场都会引入显著电噪声。
“这些因素会带来非常强的噪声，”Lee 说，“因此我们需要一个良好的布线屏蔽系统来抑制这些干扰。”
三层结构纱线实现电磁屏蔽
为隔离外部干扰，研究团队设计了一种三层结构的功能纱线：
- 核心层：导电纤维，用于传输肌肉电信号；
- 中间层：聚氨酯绝缘层，将信号线与外界隔离；
- 外层屏蔽层：由嵌入氟橡胶基体中的银片构成。
外层中的银片是微小且高导电性的颗粒，氟橡胶则提供柔韧性。银片在材料中形成重叠网络，即使在拉伸状态下也能保持导电通路。高导电性的屏蔽层可以有效吸收并引导电磁噪声远离内部信号线。
这种结构形成了一个连续且可拉伸的保护层，即便拉伸至原长的 120%，也不会断裂，仍能维持良好的电磁屏蔽性能。
集成到针织服装中
研究人员随后将这种功能纱线织入针织面料中，构成包含电极和无线 EMG 模块的智能服装。无线模块佩戴在腰部位置，以尽量减少对四肢活动的干扰。
测试结果显示，这种纱线的拉伸性能足以满足大多数关节活动需求，同时屏蔽层在拉伸过程中仍保持完整。噪声抑制效果也十分显著。“即使有人按压布线，信号依然很干净，”Lee 表示。
在肩部活动范围测试中，屏蔽层在被动运动场景下尤为重要，例如在康复机构中由治疗师辅助患者进行肢体活动时。如果没有屏蔽层，来自辅助者接触产生的电噪声会严重干扰 EMG 信号。
团队还对下肢肌肉进行了测试，以评估系统在动态运动中的表现。使用 8 个电极，研究人员成功监测了跳跃、骑行和跑步时四组下肢肌肉的活动情况。
从外观和穿着感受上看，这件智能服装类似一件轻薄运动衣。“有点像一层薄内衣，”Lee 形容道，“穿起来非常舒适。”
反复穿脱测试表明，信号质量在多次使用后并未明显下降。不过，水洗耐久性仍是当前版本面临的挑战。
“在多次穿戴后，纺织品性能几乎没有变化，”Lee 说，“但一旦清洗，这一版本就比较容易受损。因此我们还需要进一步改进屏蔽层的保护方式。”
向个性化智能服装迈进
下一步，研究团队计划实现服装的个性化定制。由于不同个体的肌肉位置存在差异，统一尺码的服装难以保证电极与目标肌肉精准对齐，从而影响 EMG 测量精度。目前的原型适合平均体型，但要实现对各种体型的精确监测，就需要定制化设计。
“我们现在重点关注如何为特定个体做到 100% 个性化的纺织品设计，”Lee 表示。
他的设想是，先对每位佩戴者进行 3D 身体扫描，再在数字模型上设计并打印电极位置和布线路径，使其与个人解剖结构精确匹配。这样可以确保电极准确覆盖目标肌肉，同时提升信号质量和穿着舒适度。
这将推动智能服装向“定制化装备”发展，类似于量身定制的运动服，但内部集成了电子元件和传感系统。
团队还计划优化汗液管理性能，并探索使用可生物降解弹性体和碳基导体，以提升整体可持续性。
Lee 认为，纺织品是可穿戴电子设备的理想平台。服装天然覆盖身体大面积区域，便于实现全身监测，同时具备舒适、弹性好、易于融入日常生活等优势。
“我们相信纺织品是一个非常出色的平台，而我们已经解决了其中最关键的噪声问题，”Lee 总结道，“这是一个非常实用的系统，可以用于测量多种不同类型的活动。”
