可穿戴設備發(fā)展的下一步是什么？

　　它們能夠跟蹤并向我們提供我們自身及周?chē)h(huán)境的信息，從而激勵并幫助我們做出更好的決定。更進(jìn)一步，它們實(shí)現了個(gè)人(通過(guò)“數字自我”)與互聯(lián)網(wǎng)的鏈接，這使我們能夠與朋友或遠距離外的醫學(xué)專(zhuān)家共享信息，無(wú)論是為了好玩，征求意見(jiàn)和建議，還是即時(shí)醫療診斷。

　　因此，可穿戴設備市場(chǎng)的快速發(fā)展并不令人驚訝。據市場(chǎng)分析公司CCS Insight調查，2013年可穿戴設備出貨量為970萬(wàn)單元，2014年這個(gè)數據增至了3倍，達到2,900萬(wàn)單元，據預測2015年將再增加158%，達到7,500萬(wàn)單元，到2018年將達到每年1.72億單元。

　　圖1：可穿戴設備市場(chǎng)是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域增長(cháng)速度最快的。

　　(來(lái)源：CCS Insight)

　　盡管可穿戴設備市場(chǎng)的初期增長(cháng)令人可喜，不過(guò)整體市場(chǎng)規模仍然相對較小，特別是與年出貨量達幾十億部的智能手機市場(chǎng)相比。為推動(dòng)該快速增長(cháng)的市場(chǎng)實(shí)現其最大潛力，我們需要令人振奮的新型第二代和第三代可穿戴設備。

　　這些設備將集成更多傳感器，以便向用戶(hù)提供更多有用信息，并且具備“情境感知”(context aware)特性，以確保只傳遞相關(guān)的信息。它們將開(kāi)辟新的用途，例如模糊消費類(lèi)產(chǎn)品與醫療設備之間的界限，幫助人們更好地借助醫療專(zhuān)業(yè)人士來(lái)管理自己的健康。這些新應用情境將使數據安全和用戶(hù)隱私變得更加重要。

　　可穿戴設備只有通過(guò)人們穿戴時(shí)才能發(fā)揮作用，所以穿戴時(shí)間越長(cháng)越好。因此，這些下一代設備需要提供長(cháng)久的電池續航時(shí)間(或延長(cháng)兩次充電之間的時(shí)間)，同時(shí)需要有優(yōu)雅的外形且穿戴舒適。

　　數據集成和情境感知

　　第一種可穿戴設備是基于三維加速計的簡(jiǎn)單步進(jìn)計數器。隨后很快就出現了包含壓力傳感器和陀螺儀等器件的更復雜的設備。這些器件使設備能夠識別穿戴者正在參與的活動(dòng)(如步行、跑步、爬山等)的類(lèi)型，并跟蹤其睡眠周期。同時(shí)，溫度和濕度傳感器使得可穿戴設備能夠更準確地測量如鍛煉時(shí)消耗的卡路里數等參數成為可能。

　　可穿戴設備集成更多傳感器的趨勢將會(huì )進(jìn)一步加速。特別是，我們將看到設備中集成越來(lái)越多運動(dòng)和環(huán)境傳感器，以及新興的生物傳感器。生物傳感器現已應用于獨立的可穿戴醫學(xué)監護儀，我們也已見(jiàn)到了包括心率測量功能的首批消費設備。但在接下來(lái)的幾年內，消費設備將集成更廣泛的生物傳感器，如測量血氧量、血壓和血糖水平的光譜傳感器，以及確定出汗水平和pH值的皮膚電響應傳感器。

　　圖2：我們將看到越來(lái)越廣泛的生物傳感器將集成到可穿戴設備中。

　　集成更多傳感器有許多優(yōu)勢，最明顯的是，可以增加設備的功能，使其能夠測量更多參數。另外，它還提高了所收集數據的精確性。例如，使用來(lái)自其他傳感器的信息來(lái)確定穿戴者正在從事的活動(dòng)類(lèi)型，有助于更好的選擇用于處理加速計數據的算法，使活動(dòng)跟蹤更加準確。另外，結合來(lái)自眾多傳感器的數據使設備能夠提取更多對用戶(hù)有用的信息，例如，使用心率、加速計數據和皮膚電響應來(lái)估計人的承受壓力水平。

　　除了上面提到的運動(dòng)、環(huán)境和生物傳感器之外，可穿戴設備還很有可能增加麥克風(fēng)的使用。但它的目標不是向穿戴者提供更多信息，而是幫助設備感知其使用情境，以便其確定什么信息對穿戴者有用，以及如何以最佳的方式傳送這些信息。例如，如果設備“聽(tīng)到”噴氣式發(fā)動(dòng)機的轟鳴聲，則能推斷出穿戴者正在坐飛機，并監測坐多長(cháng)時(shí)間，然后調整針對睡眠和鍛煉建議，幫助穿戴者更有效地應對疲勞、脫水和時(shí)差反應。

　　新用途

　　隨著(zhù)可穿戴設備收集有關(guān)我們與周?chē)h(huán)境的更多數據，它們將日益成為我們的“數字自我”。這一點(diǎn)與可穿戴設備和情境感知的混聚(mash-up)相結合，為可穿戴設備開(kāi)辟了許多新用途。其可能性幾乎是無(wú)窮盡的。但容易想象，可穿戴設備將成為通用的接入設備，例如開(kāi)家門(mén)、辦公室門(mén)和車(chē)門(mén)門(mén)鎖，登錄工作系統。不再需要更多鑰匙，也省去了記密碼或隨身攜帶出入證的麻煩。

　　在家庭自動(dòng)化領(lǐng)域，智能娛樂(lè )系統能夠通過(guò)可穿戴設備檢測出來(lái)誰(shuí)在家中，并根據這個(gè)人的偏好自動(dòng)選擇電視頻道、音樂(lè )和音量?？纱┐髟O備能夠與房間內各個(gè)地方的信標進(jìn)行通信，感測人的存在，并根據個(gè)人偏好調節燈光和供暖，以及打開(kāi)和關(guān)閉它們，使你始終感覺(jué)舒適并節省能源。

　　大數據：模糊消費電子與醫療電子的界線(xiàn)

　　也許最令人興奮的新用途是可穿戴設備幫助人們管理健康。隨著(zhù)生物傳感器使用的數量增加，及其收集數據的準確性和可靠性提高，我們將看到消費類(lèi)產(chǎn)品與醫療領(lǐng)域的融合。健身和生活方式設備將從消費噱頭發(fā)展到提供醫療級數據。

　　因此，你所收集的用于跟蹤健康和運動(dòng)水平的信息可與你的醫生或自動(dòng)醫療監護系統共享，以便在健康出現問(wèn)題前得到預警信號。這樣人們就能在情況還不太嚴重、更易于實(shí)施和更有可能成功的時(shí)候，及早尋求治療或適當改變生活方式。

　　目前許多公司都在開(kāi)發(fā)用于醫療服務(wù)的數據共享云基礎設施，可穿戴設備是這些基礎設施的天然伙伴。這時(shí)我們將見(jiàn)證所謂大數據的真正力量。隨著(zhù)可穿戴設備變得越來(lái)越常見(jiàn)和更先進(jìn)，整理和分析來(lái)自數百萬(wàn)人積累的多年健康、健身及生活方式信息將成為可能。除了揭示健康趨勢，這些巨大的數據集還能揭示疾病是如何開(kāi)始的(所謂“零級醫學(xué)”)。這有助于實(shí)現早期干預，以最大限度減小疾病所帶來(lái)的財務(wù)、社會(huì )及個(gè)人影響。

　　用戶(hù)隱私和安全

　　隨著(zhù)可穿戴設備收集越來(lái)越多的敏感信息，以及逐漸成為全面的數字自我，隱私和數據安全將變得至關(guān)重要。特別是在涉及醫療數據時(shí)，消費者將要求最高級別的數據安全措施，而隨著(zhù)消費者信息不斷普及，這將成為影響購買(mǎi)決定的關(guān)鍵因素。

　　數據的安全在于存儲和傳輸中。第一代聯(lián)網(wǎng)可穿戴設備大多依靠其所選擇的連接技術(shù)的內在安全協(xié)議，比如智能藍牙(Bluetooth? Smart)。如果只是跟蹤人在一天當中走了多少路，可能這已足夠了。但如果消費者將其醫療信息托付給可穿戴設備，那么將需要更強大的安全措施。

　　最新版本的藍牙(藍牙4.2)提供更高的安全性。但由于藍牙設備的數量巨大，安全算法被黑客攻破的風(fēng)險(數據傳輸不受保護)始終是存在的。

　　因此可穿戴設備制造商必須考慮獨立的加密措施，如Dialog針對可穿戴設備的解決方案所部署的那些措施。即使藍牙安全協(xié)議被破解，傳輸的數據仍然是加密的。這樣，制造商就能向消費者提供獨立于藍牙技術(shù)的端到端安全性。使可穿戴設備上的個(gè)人信息擁有與銀行的財務(wù)記錄相同水平的保護。

　　電池續航時(shí)間

　　在集成更多傳感器和支持新用途方面，鈕扣電池和可充電電池有限的功率，給可穿戴設備制造商帶來(lái)了重大挑戰。IDC和GMI的研究已多次表明，電池續航時(shí)間已成為消費者購買(mǎi)電池供電式便捷式產(chǎn)品的第一考慮因素。

　　目前的可穿戴設備通常提供約7-14天的電池續航時(shí)間/充電周期。隨著(zhù)設備變得更加復雜，消費者希望這個(gè)能力至少能夠保持，當然能夠延長(cháng)更好。另外，可穿戴設備的許多用途都需要進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的持續監測，而如果必須卸除設備進(jìn)行充電或換電池，會(huì )抵消應用的好處，從而減小它們對消費者的吸引力。例如，如果你必須在晚上對設備充電，那么你就無(wú)法跟蹤睡眠模式，也就錯過(guò)發(fā)現心悸情況，而這有可能是嚴重心臟病預警信號。

　　典型鋰聚合物充電電池的電量只有40mAh。在此預算內為多傳感器可穿戴設備供電幾天時(shí)間，意味著(zhù)需要降低系統所有部件的功耗，包括傳感器、系統和通信硬件及軟件。傳感器技術(shù)在不斷進(jìn)步并降低功耗需求。同時(shí)，Dialog通過(guò)集應用與通信硬件于一體的Bluetooth? Smart SoC(例如新的SmartBond DA14680)，在總系統功耗上不斷取得進(jìn)步。由于采用創(chuàng )新的電源管理和RF技術(shù)，SmartBond DA14680在典型藍牙事件下的電流消耗僅為1 mA。

　　圖3：Dialog的SmartBond DA14680是一款“可穿戴芯片”(wearable-on-chip)SoC，只需增加傳感器、電源和幾個(gè)外圍元件，就可用于快速而可靠地創(chuàng )建可穿戴計算設備。

　　圣杯：你永遠不會(huì )卸下的可穿戴設備

　　可穿戴設備的終極目標是實(shí)現持續監測。這意味著(zhù)需要找到一種可以為設備供電，但又無(wú)需卸下進(jìn)行充電(或換電池)的方法。兩個(gè)顯而易見(jiàn)的選項是能量采集和無(wú)線(xiàn)充電。

　　對于能量采集，最有可能的候選技術(shù)是光伏電池和采集雜散RF信號。振動(dòng)能量采集及熱電發(fā)電也是可能的，但人類(lèi)動(dòng)作的頻率及人體四周的溫差是有限的，這意味著(zhù)其潛力非常有限。有些制造商已開(kāi)始研究能量采集在可穿戴設備中的角色，如Misfit與Swarovski開(kāi)展合作，已開(kāi)始生產(chǎn)太陽(yáng)能供電的健康監測首飾。但是，由于可穿戴設備需求的不斷增加，能量采集似乎很難成為始終運行的設備的唯一電源。能量采集可能成為輔助電源，幫助延長(cháng)原電池的續航時(shí)間。

　　無(wú)線(xiàn)充電則具有更大的作為主電源的潛力。由于可穿戴設備需要穿戴在身，所以最有潛質(zhì)的選項是松散耦合無(wú)線(xiàn)充電，其中RF信號在一個(gè)擴展區域內向多個(gè)獨立設備充電，類(lèi)似于Wi-Fi系統以無(wú)線(xiàn)方式將多個(gè)設備與互聯(lián)網(wǎng)相連。Dialog和Energous最近展示了針對這種系統的首個(gè)概念驗證結果，其充電半徑可達10米。

　　圖4：松散耦合無(wú)線(xiàn)充電能夠支持開(kāi)發(fā)無(wú)需摘下的可穿戴設備

　　如果無(wú)線(xiàn)充電真的成為始終運行的可穿戴設備的主電源，則需要對充電基礎設施進(jìn)行重大投資。這里Wi-Fi可作為樣板;充電系統可安裝在家中和工作場(chǎng)所，而咖啡店、機場(chǎng)、酒店等可通過(guò)為顧客創(chuàng )建更大的“充電熱點(diǎn)”使自己區別于競爭對手。

　　外形

　　可穿戴設備制造商面臨的另一個(gè)挑戰是，將所有這些功能塞進(jìn)人們喜歡并愿意連續穿戴很長(cháng)時(shí)間的設備中。不同的人對可穿戴設備的外觀(guān)偏好有所不同，有些人喜歡時(shí)尚些，而有些人喜歡樸素些。

　　目前，最常見(jiàn)的可穿戴設備外形是手環(huán)和智能手表。市場(chǎng)調研公司Forrester的初步市場(chǎng)研究表明，這些設備將仍然在最受歡迎的外形之列，28%的人樂(lè )意將有意思且可信賴(lài)的傳感器設備戴在手腕上。其他流行的可穿戴設備選擇如圖5所示。

　　圖5：可穿戴設備有各種形狀和尺寸，不只是手環(huán)和手表

　　這表明我們將看到許多不同的設備類(lèi)型，但它們有一點(diǎn)是相同的：非常小的外形。

　　為制造這些小設備，制造商需要采用集成度更高的硬件解決方案;SoC解決方案以單一封裝提供了所有應用、系統、安全和個(gè)人連接功能。目前，最小解決方案(在單個(gè)模塊中包含了一個(gè)SoC和所有必要的無(wú)源器件)的尺寸約為3.5 x 3.5 mm。為滿(mǎn)足未來(lái)的外形需求，這些解決方案的尺寸需要進(jìn)一步縮小。

　　為可穿戴設備制造商提供元件的IC公司，能夠通過(guò)增加其IC解決方案中集成的功能，幫助推動(dòng)這一尺寸縮小的趨勢。例如，Dialog的SmartBond DA14680集通信、應用處理、傳感中樞和電源管理功能于一體。這消除了對外圍電池充電器、電量計、DC/DC轉換器等的需要，有助于顯著(zhù)節省電路板空間。

　　準備好迎接未來(lái)

　　舒適和具有高級功能的多傳感器可穿戴設備，在幫助人們多方面改善生活上具有巨大潛力。但要真正發(fā)揮這一潛力，可穿戴設備制造商需要將設備與有意思且對消費者有用的服務(wù)結合起來(lái)。這些服務(wù)的可能性幾乎是無(wú)窮無(wú)盡的——從遠程醫學(xué)檢查和幫助人們進(jìn)行健康的飲食選擇到家庭自動(dòng)化等等。這些服務(wù)將鼓勵人們購買(mǎi)和使用可穿戴設備，推動(dòng)這個(gè)年輕市場(chǎng)延續其早期令人矚目的增長(cháng)速度，并逐漸走向成熟。

　　為實(shí)現這些設備和服務(wù)，可穿戴設備制造商需要采用具有擴展功能并滿(mǎn)足這些設備對尺寸和功耗獨特限制的芯片解決方案。Dialog半導體公司致力于通過(guò)其SmartBond產(chǎn)品系列提供這種解決方案，并擁有旨在與業(yè)界需求演變保持同步的創(chuàng )新路線(xiàn)圖。SmartBond DA14680是該路線(xiàn)圖上的第一步。作為用于可穿戴設備的首款單芯片解決方案，SmartBond DA14680提供卓越的性能、高集成度和低功耗。它是目前能夠幫助設計工程師創(chuàng )造出充電周期令用戶(hù)滿(mǎn)意、具備情境感知多傳感器的完整的可穿戴設備的唯一集成式解決方案。它有助于創(chuàng )造下一代智能藍牙可穿戴設備，推動(dòng)這個(gè)新興市場(chǎng)實(shí)現其全部潛力。