傳感器、集成和電源管理的進步推動可穿戴技術(shù)的發(fā)展

摘要：“第三代”可穿戴設(shè)備將會集成更多的生物傳感器，在功耗上也會有進一步的提高，其電池將會有更持久的續(xù)航能力;安全方面也在不斷增強，Dialog在其針對可穿戴設(shè)備技術(shù)的解決方案中采用了加密技術(shù)，確保用戶數(shù)據(jù)的安全;而且，未來的可穿戴設(shè)備將不局限于只戴于手腕上，人體的許多部位都將可佩帶可穿戴設(shè)備。

引言

　　隨著人們使用可穿戴健康監(jiān)測器和智能設(shè)備數(shù)量的快速增加，通過這些設(shè)備來監(jiān)測我們的活動與健康的想法已經(jīng)深入人心。據(jù)市場分析公司CCS Insight的研究報告，可穿戴設(shè)備的銷量從過去兩年到2015年增長了六倍，并有望在未來三年內(nèi)保持相同的增長速度，到 2018 年將超過1.7億臺(如圖1所示)。

　　推動這一增長的部分原因是這些設(shè)備給重視健康的人們帶來了好處，但未來的增長可能源自更多樣化的用戶案例。這些設(shè)備收集數(shù)據(jù)的質(zhì)量已達到可滿足醫(yī)學專業(yè)人士要求的水平;“低調(diào)”地收集數(shù)據(jù)的方便性也很重要，但也許真正的好處尚待挖掘。關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域(如傳感器、通信和超低功耗工作)的持續(xù)創(chuàng)新正在可穿戴設(shè)備上不斷得到應(yīng)用，預(yù)示著更好的產(chǎn)品還會源源不斷地出現(xiàn)。

可穿戴設(shè)備集成度不斷提高

　　業(yè)界的共識是可穿戴設(shè)備市場正在發(fā)展演變，且“第三代”設(shè)備將由于諸多原因會吸引大量用戶。這些設(shè)備的明顯智能化將使它們能夠根據(jù)其位置、活動或大環(huán)境而調(diào)整其工作模式。這將通過使用功能更強大的傳感器來實現(xiàn)，從而產(chǎn)生更多有用數(shù)據(jù)。如今，可穿戴設(shè)備已從基于運動傳感器(通常是三維加速計)的簡單設(shè)備，發(fā)展成為集成了壓力傳感器、陀螺儀和其他傳感器的設(shè)備，使其能夠確定用戶的活動類型。如徒步行走、跑步、騎車或游泳(如圖 2所示)。這一趨勢繼續(xù)發(fā)展下去將包括溫度傳感器、濕度檢測器以及心率監(jiān)測器，從而在更廣泛活動中獲得更全面的生理數(shù)據(jù)。在不遠的將來，我們的可穿戴設(shè)備將會包括更多生物傳感器，從而可以連續(xù)在白天與夜晚測量和記錄更多生理參數(shù)。

　　另一個潛在發(fā)展是使用音頻和視頻傳感器，來提供更多的情境感知(context awareness)。例如，如果麥克風檢測到與旅行有關(guān)的背景噪聲，則其可能將設(shè)備置于監(jiān)測困倦模式;而在沒有環(huán)境光照的情況下，可能表明設(shè)備適合進入睡眠模式。

　　這種連續(xù)監(jiān)測情景引出了一個重要的考慮事項——功耗。多數(shù)市場數(shù)據(jù)表明，設(shè)備兩次充電之間的可用時間是影響消費者便捷式設(shè)備購買選擇的關(guān)鍵因素。由于對于連續(xù)使用的需要，可穿戴設(shè)備的電池續(xù)航時間需要超出消費者的期望。這意味著除了集成更多傳感器和功能，第三代可穿戴設(shè)備還需要有更好的續(xù)航能力。

　　為此，許多制造商都在尋找用于補充電池電量，甚至幫助給可穿戴設(shè)備充電的創(chuàng)新途徑，如能量采集和無線充電(如圖 3)。這兩種技術(shù)的發(fā)展速度幾乎與可穿戴設(shè)備市場一樣快;前者使用包括光伏、熱電和振動發(fā)電機等技術(shù)來提供小而適用的電能水平，而后者可提取背景或直達 RF 波中存在的能量并將其轉(zhuǎn)化為電。這兩種技術(shù)都顯示出光明的前景，并且將來有可能在可穿戴設(shè)備市場上發(fā)揮重要作用。但目前最有可能的解決方案依然是可充電的電化學電池，這些電池盡管需要充電，但只有它們可以為采用無線連接的小型可穿戴設(shè)備提供其所需的能量密度。

更高的安全性保護用戶數(shù)據(jù)

　　在消費者期望已經(jīng)很高的情況下，第三代可穿戴設(shè)備需要更加無縫地融入日常生活，特別是在數(shù)據(jù)收集方面。這一直是并仍將是無線連接的主要應(yīng)用;即使仍然有必要摘下可穿戴設(shè)備并將其放在平臺之上、之中或附近進行充電，用戶也不會愿意只是為上傳數(shù)據(jù)而受此麻煩。

　　到目前為止，可穿戴設(shè)備最廣泛使用的無線技術(shù)是藍牙，具體而言是最新的低能耗(Low Energy)藍牙技術(shù)。像開放標準無線協(xié)議的其他例子一樣，安全性也是藍牙規(guī)范不可缺少的組成部分，其最新版本(4.2)推出了一系列安全增強。然而，隨著可穿戴設(shè)備從運動跟蹤器發(fā)展成為醫(yī)學監(jiān)測器，對更高安全性的需求也在增加。對于分享敏感醫(yī)學數(shù)據(jù)的解決方案，制造商和消費者對安全性都提出高要求。所以Dialog在其針對可穿戴設(shè)備技術(shù)的解決方案中采用了加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)即使在無線鏈路受到黑客入侵時仍然是安全的。

不局限于腕戴的設(shè)計

　　隨著第三代可穿戴設(shè)備的出現(xiàn)，消費者將需要使用日益繁多的各種設(shè)備，雖然許多設(shè)備仍然會戴在手腕上，但實際上人體的許多部位都可佩戴可穿戴設(shè)備，前提是設(shè)備必須輕便小巧，不會喧賓奪主。隨著集成度的上升，制造商將面臨使設(shè)備變得更小更輕的挑戰(zhàn)，但芯片提供商早就知道這一點并且未雨綢繆，紛紛推出新的解決方案。

小結(jié)

　　多功能、多傳感器甚至多標準可穿戴設(shè)備將在日常生活中發(fā)揮日益重要的作用。如同物聯(lián)網(wǎng)將自動化帶給許多常見任務(wù)一樣，可穿戴設(shè)備將不僅監(jiān)測我們的身體健康，還將無縫地融入我們的生活，提供與物聯(lián)網(wǎng)及更廣泛世界的聯(lián)系?？纱┐髟O(shè)備將使我們能夠控制我們的周圍環(huán)境，并使我們的周圍環(huán)境能夠適應(yīng)我們的迫切需要。它們將在醫(yī)療保健和持續(xù)治療中發(fā)揮重要作用，并最終負責執(zhí)行輔助患者生活的工作。

　　通過創(chuàng)新和開發(fā)超低功耗集成式器件，上述目標將在更高的集成度和智能化水平下得以實現(xiàn)。傳感器、數(shù)據(jù)處理和電源管理將集成于空前之小的封裝中并具備更加強大的功能，而處于核心地位的將是來自領(lǐng)先半導(dǎo)體廠商的先進SoC技術(shù)?？纱┐髟O(shè)備技術(shù)將在隨后幾年中出現(xiàn)前所未有的發(fā)展演變，我們將親眼見證這一幕。

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第4期第21頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。