傳感器、集成和電源管理的進(jìn)步推動(dòng)可穿戴技術(shù)的發(fā)展

摘要：“第三代”可穿戴設備將會(huì )集成更多的生物傳感器，在功耗上也會(huì )有進(jìn)一步的提高，其電池將會(huì )有更持久的續航能力;安全方面也在不斷增強，Dialog在其針對可穿戴設備技術(shù)的解決方案中采用了加密技術(shù)，確保用戶(hù)數據的安全;而且，未來(lái)的可穿戴設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備。

引言

　　隨著(zhù)人們使用可穿戴健康監測器和智能設備數量的快速增加，通過(guò)這些設備來(lái)監測我們的活動(dòng)與健康的想法已經(jīng)深入人心。據市場(chǎng)分析公司CCS Insight的研究報告，可穿戴設備的銷(xiāo)量從過(guò)去兩年到2015年增長(cháng)了六倍，并有望在未來(lái)三年內保持相同的增長(cháng)速度，到 2018 年將超過(guò)1.7億臺(如圖1所示)。

　　推動(dòng)這一增長(cháng)的部分原因是這些設備給重視健康的人們帶來(lái)了好處，但未來(lái)的增長(cháng)可能源自更多樣化的用戶(hù)案例。這些設備收集數據的質(zhì)量已達到可滿(mǎn)足醫學(xué)專(zhuān)業(yè)人士要求的水平;“低調”地收集數據的方便性也很重要，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)的持續創(chuàng )新正在可穿戴設備上不斷得到應用，預示著(zhù)更好的產(chǎn)品還會(huì )源源不斷地出現。

可穿戴設備集成度不斷提高

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

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

　　這種連續監測情景引出了一個(gè)重要的考慮事項——功耗。多數市場(chǎng)數據表明，設備兩次充電之間的可用時(shí)間是影響消費者便捷式設備購買(mǎi)選擇的關(guān)鍵因素。由于對于連續使用的需要，可穿戴設備的電池續航時(shí)間需要超出消費者的期望。這意味著(zhù)除了集成更多傳感器和功能，第三代可穿戴設備還需要有更好的續航能力。

　　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備充電的創(chuàng )新途徑，如能量采集和無(wú)線(xiàn)充電(如圖 3)。這兩種技術(shù)的發(fā)展速度幾乎與可穿戴設備市場(chǎng)一樣快;前者使用包括光伏、熱電和振動(dòng)發(fā)電機等技術(shù)來(lái)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化為電。這兩種技術(shù)都顯示出光明的前景，并且將來(lái)有可能在可穿戴設備市場(chǎng)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(xué)電池，這些電池盡管需要充電，但只有它們可以為采用無(wú)線(xiàn)連接的小型可穿戴設備提供其所需的能量密度。

更高的安全性保護用戶(hù)數據

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

　　到目前為止，可穿戴設備最廣泛使用的無(wú)線(xiàn)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(kāi)放標準無(wú)線(xiàn)協(xié)議的其他例子一樣，安全性也是藍牙規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(zhù)可穿戴設備從運動(dòng)跟蹤器發(fā)展成為醫學(xué)監測器，對更高安全性的需求也在增加。對于分享敏感醫學(xué)數據的解決方案，制造商和消費者對安全性都提出高要求。所以Dialog在其針對可穿戴設備技術(shù)的解決方案中采用了加密技術(shù)，確保數據即使在無(wú)線(xiàn)鏈路受到黑客入侵時(shí)仍然是安全的。

不局限于腕戴的設計

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

小結

　　多功能、多傳感器甚至多標準可穿戴設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(dòng)化帶給許多常見(jiàn)任務(wù)一樣，可穿戴設備將不僅監測我們的身體健康，還將無(wú)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備將使我們能夠控制我們的周?chē)h(huán)境，并使我們的周?chē)h(huán)境能夠適應我們的迫切需要。它們將在醫療保健和持續治療中發(fā)揮重要作用，并最終負責執行輔助患者生活的工作。

　　通過(guò)創(chuàng )新和開(kāi)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(shí)現。傳感器、數據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(lái)自領(lǐng)先半導體廠(chǎng)商的先進(jìn)SoC技術(shù)?？纱┐髟O備技術(shù)將在隨后幾年中出現前所未有的發(fā)展演變，我們將親眼見(jiàn)證這一幕。

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