文／賴明豐｜國研院科政中心

智慧織物（smart textiles）就是指紡織材料整合了「電子元件紡織化」的創新技術（沈乾龍，2013），讓織物本身能夠感知來自外部環境的刺激或變化，從而作出相應的反應，以滿足穿戴者所期待的互動機能，包含身體訊號的擷取，或是藉由織物對電、熱或壓力信號作出反應，甚至制冷或制熱。

近幾年有愈來愈多研發人員開始試著利用高分子、纖維等材料，模仿人類的中樞神經或是電腦的自控系統，試圖藉著智慧材料讓紡織品與通訊、資訊處理、醫療、偵測等功能做結合。可以說是高科技與傳統紡織技術有效結合的產物，市場前景亮麗可期，在服裝、建築、軍事等方面都有不可小覷的應用潛力。顧能公司（Gartner）就認為智慧衣將是未來成長最快速的穿戴式裝置，並預測 2020 年全球營業額將會接近 50 億美元之譜（鄧寧，2015）。

以穿戴為基礎概念的服飾角度來看，由於極細緻的電線在織物中傳輸，訊號容易受到干擾。因此織布過程得加入導電性纖維，並借重特殊材料的特性與創新織法，才能讓感測器與電子元件「消失在紡織物」裡面完全看不見（林昕潔，2015；DIGITIMES企劃，2014）。

這種能夠貼身感測的導電纖維材料，是研製生理量測智慧衣的一大重點。目前研發方向有讓紡織品反應有毒物質或氣體、溫度、心律、脈衝、壓力、位移、呼吸，或是利用導電性材料整合電腦、通訊等系統來傳達及處理資訊。另外，還有利用自潔、溫濕度調節、防護和保健等等概念，來改善服裝的舒適性和適應範圍。

全球都在關注智慧織物的研發趨勢

然而，目前各方布局智慧織物技術的態勢究竟如何呢？以美國市場來看（如圖 1（a）），市場布局力道從 2011 年開始出現明顯驟增的趨勢。而且，從技術生命週期分析的結果來看（如圖 1（b）所示），這類議題可以說仍然處於發展期是布局專利的熱門方向，不論廠商數量或是專利申請數量，都還在不斷增加中。而 2015 年出現的減少趨勢，可能是因為許多申請中專利仍處於審查階段還未公開，故無法在 USPTO 線上資料中檢索到相關內容。

進一步將專利權人資訊正規化處理之後發現，入場布局的專利權人數（含個人申請）有 301 個。很明顯，這類技術的研發工作處於百家爭鳴的態勢，即便是專利量最多的 NPE 廠商 ELWHA LLC 也不過 54 件（佔 10.21%，如圖 2 所示），其次是 KONINKL PHILIPS ELECTRONICS NV 與 SAMSUNG ELECTRONICS CO LTD。而最早入場布局的廠商是 GEN PRINTING INK CORP¹ ，其研發重點放在如何強化織物的拉伸強度與防水性功能上，而織物本身是一種具扁平帶狀纖維（flat fiber strip）的纖維混合物（with lignocellulosic material），並在其表面加入含氧有機化合物（O-containing organic compound）後，再進行絲光或鹼劑的處理程序（mercerizing or alkaline treatment）。

從國家別來看，美國專利權人的數量最多（有 190 個），其次是英國與加拿大（如圖 3 所示）；若是從專利數來看，也是美國最具優勢，掌握的專利量有 352 件（佔了 66.54%），其次是英國（26 件）與南韓（23 件）。台灣也有三個專利權人掌握相關技術，包括工研院²、南緯實業³，以及逢甲大學⁴。

智慧織物的設計，必須符合消費者的需求

由前面的分析可以瞭解到，早年所謂的智慧織物，主要是指高機能性紡織品，強調的是能夠產出新機能的新素材。所以經常是先有相關的纖維機能技術之後，再尋找新機能性應用。其中，所謂的機能性則是指包括像是抗撕拉、抗起毬、富彈性、免熨燙、抗靜電、抗菌消臭，到吸溼排汗、抗紫外線、遠紅外線、抗電磁波、防蚊、維他命保溼、負離子等等包羅萬象（呂景瑗，2013）。然而，時勢所趨，現代人對於織物的機能性設計已經轉變成先瞭解人的需求，然後再賦予適當的機能設計。如此一來，設計出來的產品才會符合消費市場的期待。

因此，對於智慧織物機能的設計，必須能夠關連到消費者本身的需求及其生活的週遭環境，例如休閒運動上的需求、安全防護上的需求，或是醫療保健上的需求等等。尤其，在整合了電子元件紡織化的創新技術之後，市場上對於高機能性織物的期待，已經演進到能夠模仿大腦類神經系統一樣，讓服飾能主動偵測、接收或發送各式音訊、視訊，甚至波長訊號等，讓智慧織物從「組合」眾多機能的概念，轉變進化到織物機能與電子元件技術間的「融合」（沈乾龍，2013），包含內在身體訊號的偵測擷取、外在環境變化的提醒、外在資訊的饋入與整合分析等等機能。使用的技術也出現大轉變，包含像是以金屬化纖維取代漆包線、以針織紋路取代電子迴路、以織物電池取代固形電池等整合科技相繼出現，讓原本傳統有的纖維機能技術，成功融合類微處理技術的運作機制。使高機能織物，成為能自主感知來自外部環境的刺激或變化，從而作出相應的反應，以滿足穿戴者所期待的互動機能的主動性智慧織品，也意味著傳統高機能性織物，已經升級成為智慧織物，穿上身便能隨時掌握身體訊號。

這樣的轉變，從本文檢索出來的智慧織物相關專利涉及的技術方向，就能看出端倪。這些專利的三階 CPC 多達 225 種，其中以 G 類最多（物理），其次是 H 類（電學）、Y 類（新興技術或待分派項目）與 A 類（人類生活需要）。反而原來屬於紡織類的技術（例如 D 類）變得不是那麼顯著。專利量最多的研發方向是「電子數位資料處理（G06F）」（如圖 4 所示），其次才是「其他硬體或裝置（Y10T）」與「診斷；外科；鑑定（A61B）」。

進一步以技術生命週期分析的結果，將智慧織物在技術方向上的發展趨勢，分為三個時期，包括 2002 年以前、2003～2010 年，以及 2011 年之後，以便觀察不同三階 CPC 開始出現的時間點（如表 1 整理）。這類相關的織物技術是從 2002 年以前就開始出現，2003 年之後涉及的應用範圍與技術面向愈來愈廣。而「機械工程；照明；供熱；武器；爆破（F）」類應用則是 2011 年之後才有。其中又以 F21V 類技術的專利最多，相關應用包括照明裝置或其系統之功能特性或零部件（例如遮光屏、濾光器、更換光源的裝置，以及支撐、懸掛或連接裝置等等）。

整體來看，專利量成長幅度最大的是「電學（H）」（平均成長 2.055 倍），其次才是「新興及或待分派項目（Y）」（平均成長 1.426 倍）與「紡織；造紙（D）」（平均成長將近 1 倍）。在 H 類技術中，專利量成長最多的是 H01L、H04L 與 H04W；Y 類技術 Y10T、Y10S 與 Y02E；D 類技術則是 D10B、D03D 與 D06M。其他像 A 類技術中，專利成長最多的是 A61B、A47G 與 A41D；B 類技術是 B82Y、B01D 與 B05D；G 類技術則是 G06Q、G06F 與 G06K。而「化學；冶金；組合化學（C）」類的專利量則開始出現些微減少的趨勢（平均成長率為 -1.1%），只有 C08L、C08K與 C09D 有明顯的增加趨勢。

數位傳輸、無線通訊、半導體是智慧織物的新潮流

從前面的分析結果可以知道，智慧織物仍是各家廠商布局專利的重點領域之一。不論是加入研發行列的專利權人數或專利量都在陸續增加中。整個市場在智慧織物技術上的布局態勢，已經逐漸偏向「電學（H）」領域靠攏，包括像是「半導體裝置（H01L）」、「數位資訊之傳輸（H04L）」與「無線通訊網路（H04W）」等等都近三年廠商布局的熱門項目；另外，如何將相關技術應用到「診斷；外科；鑑定（A61B）」也是 2011 年之後市場布局專利的熱門方向，光是第三個時期的專利數量，就成長超過八倍，值得國內廠商關注並構思將智慧織物應用在這類領域中的可能機會。

而且，市場中還沒有出現掌握絕對優勢的廠商，其中專利量最多的 ELWHA LLC 也僅佔全部專利的 10% 左右。由此可見，這個技術市場仍然處於百家爭鳴的競爭態勢，說明國內廠商仍有很大的發展機會，例如持續加強導電纖物材料技術上的布局或是規劃，在不同應用情境下感測技術的設計與運作機制等等。以 ELWHA LLC 來看，在技術布局上與 2013 年已有明顯的變化（如圖 5 所示），2014 年的布局重點明顯偏重在「電子數位資料處理（G06F）」這塊技術議題上。

事實上，目前全球已有許多研發團隊相繼投入智慧衣的研究，包含美國、韓國等，歐盟更是透過 ICT FP6 計畫，結合各會員國的產官學單位重金支持相關研發（邱創乾等人，2012）。台灣運動機能布料市佔率高達七成，紡織產業世界聞名，更是全球紡織業的研發重鎮（游筱燕，2015）。由此可知，台灣不僅在布料研發上具國際競爭力，同時又有資訊電子產業，相信兩者結合將更有競爭力。政府必須正視這股由穿戴式裝置帶起來的智慧衣風潮，儘快整合產學研機構蘊涵的研發能量，加快對智慧織物相關技術與產品的布局腳步，很有機會在紡織與資訊電子兩強結合下，把整個紡織產業帶動起來，在全球市場上發光發熱。

• 註 1：US2372713, GEN PRINTING INK CORP, Fibrous product and method of making the same. 優先權日期：1943年7月3日
• 註 2：US9058735, IND TECH RES INST, Method and system for detecting conditions of drivers, and electronic apparatus thereof. 優先權日期：2013/09/04
• 註 3：US20120069486, TEX RAY IND CO LTD, Fabric connector for sensing object proximity. 優先權日期：2009年6月8日
• 註 4：US20110125064, UNIV FENG CHIA, Smart clothing for motion physiological measurement and dynamical stable apparatus thereof. 優先權日期：2009年11月20日

（本文授權改寫自：國研院科政中心 科技政策觀點網站：智慧織物技術佈局趨勢分析）

參考文獻：

• TechNews (2015/09/11)，穿戴裝置向前邁進的重要一哩路：超級電容織物。TechNews科技新報。http://technews.tw/2015/09/11/wearable-computer-all-foldable-fabric-ultra-capacitor/。
• 呂景瑗(2013)，穿著的科技：機能性紡織品。科學發展，第487期，第24-29頁。
• 沈乾龍 (2013/07)，智慧型紡織品。科學發展，第487期。
• 林昕潔 (2015/10/05)，《紡織TIFE》秀USB織物排線，實現網聯智慧服飾。MoneyDJ。http://www.moneydj.com/KMDJ/News/NewsViewer.aspx?a=8e64106e-bb58-4b7c-8420-a1f64500b67e。
• 邱創乾、藍振晏、石天威與謝靜玟(2013)，纖維紡織：未來服飾－智慧衣。科學發展，第470期，第10-14頁。
• 游筱燕(2015)，台灣紡織業聯手科技業　搶進千億新商機　智慧衣紅了。財訊，第490期。
• 鄧寧(2015)，英特爾點名智慧衣　台廠贏在起跑點。今周刊，第985期。