《纺织科学研究》2024年9月刊选登：智能可穿戴纺织品的专利布局与机遇

智能可穿戴纺织品可以通过嵌入传感器和导电材料来实现温度调节、心率监测、环境感知等功能，为用户带来更加舒适和便捷的生活体验。近年来，得益于智能纺织品在功能上的不断创新，这一市场的需求持续扩大。根据贝哲斯咨询的专业分析，全球智能纺织品市场预计到2028年将达到1447.25亿元。

从区域角度来看，北美、中国和欧洲是主要的市场集中地。北美是全球最大的智能纺织品市场，占有超过50%的市场份额，中国和欧洲市场共占有超过35%的份额 。其中中国作为全球最大的可穿戴设备消费国和生产国或地区，其智能可穿戴纺织品市场也呈现出快速增长的趋势。据中研普华产业研究院发布的报告预测，中国可穿戴智能纺织品市场规模在未来几年将保持高速增长。

从细分市场来看，智能可穿戴纺织品可以分为多种类型，包括机织或编织、导电聚合物配置等。这些不同类型的智能纺织品在军事安全、家庭生活、建筑等多个领域都有广泛的应用。例如，在军事和安全保护领域，智能纺织品可以用于制作防弹衣、夜视装备等；在家庭生活中，智能纺织品则可以用于制作智能床垫、智能窗帘等。

尽管市场前景广阔，但智能可穿戴纺织品行业仍面临一些在可靠性和可制造性、材料选择与兼容性、成本与研发难度、集成度和舒适度、清洗问题、传感器的柔韧性和耐用性、制造工艺复杂性等诸如材料选择、成本控制、集成度优化、清洗便利性以及传感器的柔韧性和耐用性的挑战。为了应对这些挑战，行业内企业需要不断进行技术创新和产品升级，并积极拓展新的应用场景以满足市场需求。

智能可穿戴纺织品行业正处于快速发展阶段，未来几年内有望迎来更多的发展机遇和挑战。本文从专利视角全面深入地了解智能可穿戴纺织品行业的发展趋势、竞争态势、面临的机遇和挑战等，为行业的进一步发展提供有价值的参考和建议。

智能可穿戴纺织品通过将纺织材料与信息技术的高度融合，为日常穿着带来了革命性变化。通过在国际权威商用专利数据库（智慧芽）中进行检索，截至2024年8月9日，在全球范围内共检索到智能可穿戴纺织品相关专利15000余件（15269件）图1展示了智能可穿戴纺织品领域近50年的专利申请情况。伴随着全球纺织以及相关电子信息产业的发展，智能可穿戴纺织品相关专利申请先后呈现了“欧美与日本并驾齐驱”“欧美领先”“中国等发展中国家强势崛起”三个时代特点，相应地，智能可穿戴纺织品专利申请趋势可划分为三个阶段：

第一个阶段是萌芽阶段：（据调研可知）穿戴技术在纺织服装的应用始于上世纪70年代末。当时各种电子设备不仅体积较大，且能够实现的功能也较为单调。由于电子技术发展水平的限制，在当时应用过程中，纺织服装仅仅是作为各种电子设备的测定载体运用在各种能够推动国家整体技术水平的特殊领域中，如医疗、航天、军事等领域。因此上世纪70年代后期到90年代中期很长一段时间里即均处在萌芽阶段。此时，欧美与日本均具有先发优势，均较早地投入到了相关研究当中，此时主要以相关智能材料的研发为主。

第二个阶段是缓慢成长阶段：从上世纪90年代中期到2010年左右，可穿戴设备有了进一步发展，可穿戴与纺织品的结合产品也相继出现，开始为公众所认知。此时欧美也逐渐领先于日本，如1997年 ，由飞利浦服装设计公司、电子研发公司以及Levi's公司共同研发的包含娱乐和通信功能的穿戴式电子服装进入公众视野。

第三个阶段是快速发展阶段：从2009年开始，智能可穿戴纺织品进入到了快速发展期。随着新型有机材料、芯片高度集成化以及柔性电子技术的发展，电子元件趋于微型化、柔性化，加速了服装与电子产品的融合，智能纺织品加快研发上市速度，其中2009年美国MIT媒体技术实验室开发的可接入互联网系统的服装标志着一个全新的电子纺织时代的到来。2012年以后，可穿戴设备随着移动网络的快速发展而呈现出爆发式增长，出现了一系列以智能手环、智能手表、智能眼镜以及智能跑鞋等为主的可穿戴产品，相应的电子技术应用到了纺织领域，更进一步促进了行业的发展。由于市场前景广阔以及中国政府政策的支持，这个阶段在华专利申请数量开始超越欧美和日本，并强势崛起。

从整体上看，未来的可穿戴设备与服装融合发展是必然趋势。智能纺织品通过与手机APP、蓝牙设备及其他无线通信设备结合，实现了纺织品的智能化，广泛应用于医疗监护和运动健身等领域，预计未来一段时间内该领域内相关专利申请量仍将保持快速增长趋势。

从全球智能可穿戴纺织品的专利布局地域可以看出，虽然我国智能可穿戴纺织品领域起步较晚，但受益于产业政策和市场需求的双重驱动，研发投入增多，发展速度较快。如今，我国已成为智能可穿戴纺织品领域的主要目标市场国，中国在该领域的专利申请量占全球该领域专利申请总量的45%；其次是美国，占比为10%；日本、韩国、德国、欧洲国家和地区也是智能可穿戴纺织品领域进行专利布局的重要市场。（见图2）

聚焦国内，从图3所示的中国不同地区的专利申请量排名可以看出，智能可穿戴纺织品领域的专利申请主要集中在江苏、浙江和广东。这三个省的纺织品和电子信息产业具有悠久的历史、完善的产业链和显著的区域特色，共同构成了中国智能可穿戴纺织品产业的重要版图。

从专利申请人角度观察，中国申请人在专利申请量全球前10的重点申请人中占据半壁江山；日本有3家企业上榜，美国和荷兰各有1家（见图4、图5）。从创新主体类型来看，国内主要的创新主体均是高校或者科研院所，在一定程度上表明虽然我国的研发创新较为活跃（见图6、图7），但目前创新成果在一定程度上与市场应用均有一定的距离，而其他国家的创新主体类型均为企业，研发和市场贴合较为紧密。

值得注意的是，全球重点申请人在智能可穿戴纺织品领域有相当一部分专利已因撤回、未缴年费或期限届满等失效。一方面，我国创新主体可以针对这些失效专利进行研究和二次技术开发；另一方面，也应密切跟踪国外龙头企业的技术创新趋势，关注是否有新的潜在的替代技术出现。

从全球技术分布情况看（见图8），智能可穿戴纺织品主要的技术创新集中在智能材料上，其次是柔性电子和数据处理方向。

三个细分领域的专利申请趋势与全球智能可穿戴纺织品的整体趋势基本类似（见图9），都经历了萌芽阶段、缓慢成长阶段以及快速发展阶段，只不过各个时期各具侧重点。在2000年以前，主要的研究重点集中在智能材料和数据处理方向上，以各种变色、调温、形状记忆为代表的材料科学和生理各种信号的数据处理为代表；进入到2010年左右，柔性电子发展速度明显快于智能材料和数据处理，但创新产出仍有差距。在该阶段，智能材料得到进一步发展，创新产出远大于数据处理方向；在2010以后，各个细分领域均有快速发展，尤其是以纳米发电机以及柔性传感器为代表的柔性电子，增长速度最快，从数量上看与数据处理不相上下，并在2015年超过了数据处理，在2018年超过了智能材料，成为智能可穿戴纺织品领域的热门研发方向，并成为了智能可穿戴纺织品领域新的增长引擎。

从有效专利的技术分布看，智能材料、柔性电子和数据处理几乎各占1/3，并没有太明显的热点倾向，智能材料的有效专利主要由智能调温纺织品、智能变色纺织品以及智能发光纺织品构成，柔性电子的有效专利主要以柔性传感器的技术为主（见图10）。

有效专利中高价值的专利特点主要表现在同族专利数量多、同族被引专利多、权利要求保护合理等特点，其中智能材料中代表性高价值专利有CN108028311B专利家族，该专利家族涉及方向为压电纺织品，其有9个同族专利，家族被引证10次，在奥地利、中国、德国、EPO、WIPO、日本、韩国、中国台湾、美国均有同族专利，保护的是一种长条平板状压电体及其制造方法、层叠体及其制造方法，织物、衣物、以及生物体信息获取装置，解决的是因变形而在压电体中产生弯折、褶皱等损伤，结果存在压电灵敏度降低的技术问题；柔性电子中代表性的高价值专利如US10622163B2专利家族，涉及柔性储能器件领域，具体是超级电容，保护的是一种在碳布上直接生长聚苯胺纳米管用于柔性和高性能超级电容器，权利人为加利福尼亚大学董事会，在15个专利局申请18件同族专利，解决的技术问题主要是能量密度和容量受材料限制，通过官能化碳布的制造、纳米管和纳米结构的制造以及电解质的制造，可以缩短电池的充电时间和增加电荷的密度；数据处理代表性高价值专利如CN108882877B，涉及方向主要是血压数据/信号的处理，在7个国家/地区/组织共申请高达71件同族专利，家族被引高达111次，解决的问题是如何有效地实时地检测由于阻塞性睡眠呼吸暂停和过度运动可能导致的增加发生循环系统事件的风险。

此外，除有效专利以外，还有一些曾经的高价值专利已失效，如1979年申请的US4234907A“发光织物”，仅该件专利本身（未计算同族被引次数）被引就高达626次，可以说是智能发光织物的基础专利，同时，某国际著名运动品牌也有很多关于复合材料的失效专利。

在智能可穿戴纺织品领域中，健康监测、运动辅助、安全防护、时尚与个性化是其主要的应用场景（见图11）。健康监测作为可穿戴设备的一项核心功能，在智能纺织品领域占据着主导地位。智能纺织品作为一种特殊的可穿戴技术，其健康监测功能不仅是其最为关键的应用领域，而且在运动辅助和安全防护方面也发挥着重要作用。相比之下，时尚与个性化应用虽然同样重要，但在智能可穿戴纺织品领域中并非首要追求的目标。

在对应的专利布局中，健康监测与运动辅助领域显著侧重于柔性电子技术与数据处理能力的创新，而在材料科学的探索上则显得相对薄弱；相比之下，安全防护、时尚与个性化领域则展现出对材料创新的强烈偏好，而对柔性电子与数据处理技术的关注较为有限。并且，国内此类创新的主体多为高校及科研机构，企业参与度较低。

针对健康监测与运动辅助领域，建议在持续深化柔性电子与数据处理技术创新的同时，亦需重视对智能材料研发，促进纺织科学、电子工程与计算机科学之间的跨学科协作，以协同攻克技术集成难题，优化专利布局。同样地，在安全防护及时尚与个性化领域，应强化柔性电子与数据处理技术的专利布局，在材料创新的基础上融入电子传感与数据处理元素，提升其智能化水平。

此外，建议企业与高校、科研机构加强合作，共建研发中心，加速科研成果的商业化与产业化进程，提升专利的转化效率与运营效果。合作各方应在合作前明确界定在知识产权归属、利益分配、风险责任等方面的权利和义务，确保各方严格按照事先约定的条款履行相应义务，共同推动产业前沿技术与关键共性技术的转移转化与有效运用。

从全球专利申请态势来看，智能可穿戴纺织品整体呈现增长趋势。中国专利申请量近年来增长迅猛，中国已经成为全球主要目标市场。

从专利控制力来看，日本、欧美等发达国家和地区的重点申请人拥有大量核心专利，而中国除东华大学外，其他申请人的专利申请量较少。建议我国创新主体加强专利布局，制定合理的布局策略，强化核心技术竞争力，补足技术空白及短板。

从专利有效性来看，国外企业多数基础专利已经失效，建议我国创新主体在研发过程中积极利用失效专利，挖掘其中的关键技术，并在此基础之上加以利用、研究、再创新，以提高研发效率。同时，应重点关注有效专利的技术，优化自有技术方案，在加快自身研发速度的同时，规避竞争对手专利，降低侵权风险；另外，我国企业还应密切跟踪欧美、日本等国家和地区龙头企业的技术风向，关注是否有新的迭代技术出现，以提前应对。

从我国主要申请人情况来看，主要申请主体为高校或者科研院所，不同的高校和科研院所在材料领域和柔性电子领域具有不同的研发特点，如东华大学在材料和柔性传感器领域具有较强的研发实力，并且在产学研合作方面表现相对突出；北京纳米能源与系统研究所在柔性纳米发电机方面具有雄厚的技术积累，也是该领域企业开展研发合作的选择。

从技术研发的视角审视，智能材料作为实现纺织品智能化的核心基础与关键载体，该领域的技术专利积累相对较为丰富，结合时间发展趋势来看，随着未来可穿戴设备与服装的深度融合，以及电子信息技术的持续进步，柔性电子技术有望成为未来较长时间内的发展热点。为了推动智能可穿戴纺织品的全面发展，未来有必要将柔性电子与智能材料相结合，促进两者协同发展。这一过程中，应着重加强跨学科的技术合作，共同攻克技术集成中的难题，以实现技术的最优化整合。

[1]中研网2023年中国智能纺织品行业发展现状、竞争格局及未来发展趋势与前景分析[EB/OL].(2024-05-24）[2024-08-09］.https://www.chinairn.com/hyzx/20240524/160819509.shtml

[2]肖顶,吕辉跃,寿凤萍.可穿戴技术在纺织服装中应用研究进展[J].纺织科学研究,2023,(08):62-64.

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