顏 延 鄒 浩 周 林 袁 嬋 王 磊

1(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，深圳 518055)2(深圳低成本健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 深圳 518055)3(武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院, 武漢 430070)

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可穿戴技術(shù)的發(fā)展

顏 延1,2#鄒 浩1，2#周 林3袁 嬋3王 磊1#*

1(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，深圳 518055)2(深圳低成本健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 深圳 518055)3(武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院, 武漢 430070)

從可穿戴技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，討論可穿戴技術(shù)的內(nèi)涵與外延，回顧可穿戴技術(shù)發(fā)展的技術(shù)淵源與發(fā)展歷史；從通信技術(shù)、芯片技術(shù)、傳感器、柔性原件等幾個(gè)方面，闡述可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)；分析可穿戴設(shè)備的交互模式，介紹可穿戴設(shè)備中常用的操作系統(tǒng)；綜述可穿戴設(shè)備的常見(jiàn)應(yīng)用場(chǎng)景，指出可穿戴技術(shù)的發(fā)展方向。通過(guò)對(duì)可穿戴技術(shù)研究和應(yīng)用中各個(gè)方面的系統(tǒng)論述，為可穿戴技術(shù)的研究提供一個(gè)基礎(chǔ)框架。

可穿戴技術(shù)；交互模式；操作系統(tǒng)；應(yīng)用模式

引言

可穿戴技術(shù)是信息技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)工程的研究熱點(diǎn)，充分體現(xiàn)了智能-生物-技術(shù)(intelligent bio-technology, IBT)的融合?？纱┐骷夹g(shù)演化出新型商業(yè)模式，使學(xué)術(shù)界和工業(yè)界迎來(lái)一輪新的發(fā)展契機(jī)，對(duì)提升生活質(zhì)量和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展起到了重要作用?？纱┐骷夹g(shù)廣泛應(yīng)用于健康醫(yī)療、養(yǎng)老健身、生物工程、移動(dòng)通信、時(shí)尚文化、教育和工業(yè)等領(lǐng)域，不斷促成新的產(chǎn)業(yè)格局，為智能硬件產(chǎn)品帶來(lái)新的想象空間。然而，可穿戴設(shè)備的前景看似一片光明，但可穿戴產(chǎn)業(yè)仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)，可穿戴市場(chǎng)一直處于“外熱內(nèi)冷”的尷尬境地。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，可穿戴設(shè)備廠(chǎng)商受智能手機(jī)的定勢(shì)影響，缺乏思維創(chuàng)新。面對(duì)這些可穿戴熱潮衍生的問(wèn)題，相應(yīng)的產(chǎn)生了許多創(chuàng)新性的研究熱點(diǎn)。筆者就可穿戴技術(shù)的概念、應(yīng)用、發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)進(jìn)行了相關(guān)的分析，同時(shí)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)及核心的解決方案進(jìn)行綜述。

1 可穿戴技術(shù)概念

1.1 可穿戴技術(shù)的內(nèi)涵與外延

可穿戴技術(shù)(wearable technology, WT)，最早是20世紀(jì)60年代由美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室提出的創(chuàng)新技術(shù)。利用該技術(shù)，可以把多媒體、傳感器和無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)嵌入人們的衣物中，可支持手勢(shì)和眼動(dòng)操作等多種交互方式，主要探索和創(chuàng)造能直接穿在身上或是整合進(jìn)用戶(hù)的衣服、配件的設(shè)備[1]，具有低負(fù)荷、可移動(dòng)操作、使用簡(jiǎn)便、支持長(zhǎng)時(shí)連續(xù)工作和無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化軟硬件以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，可穿戴式智能設(shè)備的形態(tài)開(kāi)始變得多樣化，逐漸在工業(yè)[2]、醫(yī)療健康[3]、軍事[4]、教育[5]、娛樂(lè)[6]等諸多領(lǐng)域表現(xiàn)出重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力。

1.2 可穿戴技術(shù)的歷史淵源

可穿戴技術(shù)的出現(xiàn)介于互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展之間?；ヂ?lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，為可穿戴應(yīng)用的思維提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，同時(shí)可穿戴技術(shù)也推動(dòng)著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)的整體進(jìn)化?？纱┐鹘】翟O(shè)備是隨著可穿戴設(shè)備的產(chǎn)生發(fā)展而逐漸衍生出來(lái)的可穿戴設(shè)備的重要分支。

1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)

互聯(lián)網(wǎng)(Internet)指計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，它由許多臺(tái)地理位置不同并具有獨(dú)立功能的計(jì)算機(jī)通過(guò)特定的通信設(shè)備和技術(shù)協(xié)議相互連接起來(lái)，是實(shí)現(xiàn)信息傳輸和資源共享的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[7]。互聯(lián)網(wǎng)誕生至今，從無(wú)到有、從小到大，發(fā)展極為迅速，使人類(lèi)社會(huì)傳播活動(dòng)的格局為之一新(見(jiàn)圖1)。

圖1 互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用Fig.1 Internet based applications

20世紀(jì)后半葉，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)3個(gè)方面的發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)傳播的實(shí)現(xiàn)提供了必要的條件。1969年，美國(guó)國(guó)防部資助了一個(gè)有關(guān)廣域網(wǎng)絡(luò)的項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)出一個(gè)運(yùn)用包交換(packet switch)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，稱(chēng)作ARPANET[8]；1990年APANET宣告退役，NSFNET正式取而代之[9]。從1991年開(kāi)始，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展逐步走向了商業(yè)化，大批商業(yè)機(jī)構(gòu)開(kāi)始投入網(wǎng)絡(luò)，并于1993年推廣了萬(wàn)維網(wǎng)[10]。商業(yè)化的運(yùn)作和萬(wàn)維網(wǎng)的推廣，帶來(lái)了因特網(wǎng)的歷史性飛躍，使得它在通信、檢索和客戶(hù)服務(wù)等方面的巨大潛力得以充分發(fā)揮，吸引了越來(lái)越多的用戶(hù)。1995年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)宣布，不再向因特網(wǎng)提供資金，因特網(wǎng)從此完全走上了商業(yè)化的道路[11]。同時(shí)，世界各國(guó)紛紛加快了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的步伐。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)即物物相連的互聯(lián)網(wǎng)[12]。這有兩層意思：其一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；其二，其用戶(hù)端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信也就是物物相連。

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早于1991年由麻省理工學(xué)院(MIT)的Kevin Ashton教授提出[13]。2005年，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)(WSIS)上，國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》。至此，物聯(lián)網(wǎng)的概念及其發(fā)展才在世界各國(guó)受到重視。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱(chēng)為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，是可穿戴技術(shù)出現(xiàn)的先期條件。

1.2.2 可穿戴技術(shù)的歷史變革

智能可穿戴相關(guān)的概念及產(chǎn)品于2010年開(kāi)始逐漸成為產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)熱點(diǎn)，其起源最早可追溯至20世紀(jì)六七十年代。在文獻(xiàn)[14]中，作者對(duì)可穿戴設(shè)備的歷史發(fā)展進(jìn)行了較為全面的描述，將其大體分為4個(gè)階段：20世紀(jì)60年代因賭博而產(chǎn)生了可穿戴概念，出現(xiàn)了的相關(guān)設(shè)備皆用于賭場(chǎng)的相關(guān)應(yīng)用；20世紀(jì)70年代涌現(xiàn)出了可穿戴設(shè)備的原型，但由于技術(shù)發(fā)展的限制，大多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，少部分進(jìn)入市場(chǎng)，將可穿戴設(shè)備的概念進(jìn)行了普及；20世紀(jì)末，真正意義上的可穿戴計(jì)算由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)的進(jìn)展得到了進(jìn)一步的發(fā)展，出現(xiàn)了消費(fèi)類(lèi)的可穿戴式設(shè)備。

從2012年開(kāi)始，經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的沉寂與技術(shù)培育，在技術(shù)、產(chǎn)業(yè)及用戶(hù)需求的共同作用下，可穿戴設(shè)備在市場(chǎng)上頻繁出現(xiàn)并得到了快速的發(fā)展。例如，2013年，可穿戴技術(shù)在健康領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速，智能腕表和健康手環(huán)市場(chǎng)需求在逐步擴(kuò)大。相對(duì)于智能眼鏡，該市場(chǎng)吸引的廠(chǎng)家數(shù)量更多，也更早實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，而且部分產(chǎn)品已開(kāi)始更新?lián)Q代。在這一市場(chǎng)中，Nike、Fitbit、Jawbone、Thalmic Labs、InteraXon、ZetrOZ、小米、百度、索尼、三星、微軟、蘋(píng)果、卡西歐等眾多機(jī)構(gòu)都在加快創(chuàng)新和研發(fā)的步伐。目前，市場(chǎng)上可穿戴產(chǎn)品形態(tài)各異，主要包括智能眼鏡、智能手表、智能腕帶、智能跑鞋、智能戒指、智能臂環(huán)、智能腰帶、智能頭盔和智能紐扣等。

2014年被稱(chēng)為“可穿戴設(shè)備元年”[15]，蘋(píng)果公司的Apple Watch等產(chǎn)品相繼出現(xiàn)。在當(dāng)年的國(guó)際消費(fèi)電子展(CES 2014)上，許多可穿戴設(shè)備已經(jīng)嶄露頭角，而且競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。據(jù)知名科技博客網(wǎng)站Business Insider旗下的市場(chǎng)研究部門(mén) BI預(yù)測(cè)，2017年全球可穿戴設(shè)備的出貨量將達(dá)到2.6億臺(tái)，2018年全球可穿戴設(shè)備的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá)到120億美元[16]。市場(chǎng)調(diào)研公司Canalys預(yù)測(cè)，2014年全球?qū)N(xiāo)售800萬(wàn)個(gè)手環(huán)，2015年將會(huì)增長(zhǎng)到2 300萬(wàn)個(gè)，2017年，銷(xiāo)售量很有可能突破4 500萬(wàn)個(gè)，全球市場(chǎng)的銷(xiāo)售額將會(huì)達(dá)到155億美元[17]。根據(jù)專(zhuān)注于互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的調(diào)研機(jī)構(gòu)艾瑞咨詢(xún)的有關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2015年中國(guó)可穿戴設(shè)備市場(chǎng)出貨量將達(dá)到4 000萬(wàn)部；中國(guó)可穿戴設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模2012年是6.1億元，預(yù)計(jì)2015年將達(dá)到114.9億元[18]。

以蘋(píng)果、谷歌為代表的IT巨頭在軟硬件關(guān)鍵技術(shù)、核心解決方案方面具有較為深厚的積累，因此在可穿戴設(shè)備的制造、創(chuàng)新上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)伴隨軟件技術(shù)的發(fā)展，新的應(yīng)用不斷被開(kāi)發(fā)出來(lái)，其典型代表如Android智能手表(見(jiàn)圖2)、谷歌智能眼鏡(見(jiàn)圖3)等。

圖2 基于Android的智能手表Fig.2 An Android based smartwatch

圖3 谷歌智能眼鏡Fig.3 The Google Glass

2 可穿戴設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 通信技術(shù)

隨著穿戴式設(shè)備的逐漸普及，穿戴式設(shè)備之間的互聯(lián)互通問(wèn)題逐漸呈現(xiàn)?？纱┐鳟a(chǎn)品具有小型化、便攜式、一體化等特點(diǎn)，其初期的發(fā)展必然依附于移動(dòng)終端。無(wú)線(xiàn)通信功能是穿戴式設(shè)備應(yīng)用拓展的基礎(chǔ)，需要解決其必備的連接和數(shù)據(jù)通信能力。穿戴式設(shè)備之間的通信要求具有低功耗、高安全性、高傳輸數(shù)據(jù)率和穩(wěn)定信號(hào)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)。

2.1.1 藍(lán)牙

藍(lán)牙通信最早于1994年由電信商愛(ài)立信(Ericsson)研發(fā)[19]，它是在移動(dòng)電話(huà)和其他配件間進(jìn)行低功耗、低成本無(wú)線(xiàn)通信連接的方法。經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，目前最新的藍(lán)牙版本為藍(lán)牙4.2，于2014年年底發(fā)表，屬于藍(lán)牙第四代通信協(xié)議，它為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提供了核心動(dòng)力。藍(lán)牙BLE是一項(xiàng)專(zhuān)門(mén)為移動(dòng)設(shè)備開(kāi)發(fā)的低功耗的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)[20]，通過(guò)減少待機(jī)功耗、使用高速連接及降低峰值功率3種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)功耗的降低。低功耗藍(lán)牙(BLE)是物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)關(guān)鍵構(gòu)件，在可穿戴技術(shù)中也具有較大的使用價(jià)值。

2.1.2 Wi-Fi

Wi-Fi技術(shù)是一個(gè)基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)技術(shù)，也常有人把它當(dāng)做IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的同義術(shù)語(yǔ)[21]。IEEE 802.11的第一個(gè)版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)接入控制層和物理層。從第一代的IEEE 802.11到第五代的802.11ac，所使用的ISM 頻段從2.4 GHz發(fā)展到5 GHz。在現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，針對(duì)可穿戴和物聯(lián)網(wǎng)的低功耗需求，陸續(xù)有低功耗的Wi-Fi解決方案推出，如TI的CC3100及CC3200低功耗Wi-Fi解決方案[22]。

2.1.3 GPS

可穿戴設(shè)備GPS借助衛(wèi)星信號(hào)，提供設(shè)備的位置信息，進(jìn)一步提供設(shè)備佩戴者的位置信息。目前的全球定位系統(tǒng)不僅包括了美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)，還出現(xiàn)了俄羅斯的格洛納斯、中國(guó)的北斗系統(tǒng)等[23]。可穿戴產(chǎn)品的導(dǎo)航、安全應(yīng)用以及多種與位置相關(guān)的場(chǎng)景都需要GPS技術(shù)的支持，而多種低功耗的GPS解決方案也應(yīng)運(yùn)而生[24]。

2.1.4 人體通信

傳統(tǒng)通信方式的功耗相對(duì)比較高，不能滿(mǎn)足穿戴式設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作的需求。人體通信技術(shù)是一種以“人體”為信號(hào)傳輸介質(zhì)的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，可通過(guò)人體耦合方式建立信號(hào)傳輸通道，從而方便地實(shí)現(xiàn)穿戴式設(shè)備之間的高效數(shù)據(jù)傳輸。人體通信具有低功耗、高安全性及高數(shù)據(jù)率等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要天線(xiàn)設(shè)計(jì)，可以容易地集成在穿戴式設(shè)備中[25]。

2.1.5 NFC、ZigBee等

近場(chǎng)通信(near field communication, NFC)是由非接觸式射頻識(shí)別演變而來(lái)的，是一種短距離高頻的無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，其卡模式常用于大量的IC卡應(yīng)用、移動(dòng)支付等場(chǎng)景[26]。ZigBee[27]也是一種短距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，主要用于控制領(lǐng)域。受限于其傳輸速率，ZigBee不適用于大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)景，在可穿戴技術(shù)中應(yīng)用比較少。

2.2 芯片技術(shù)

2.2.1 模擬前端芯片

模擬前端芯片應(yīng)用于微弱信號(hào)的采集中，主要應(yīng)用領(lǐng)域是在個(gè)人健康信息中[28]。低頻率、低噪聲、低功耗的醫(yī)學(xué)芯片及系統(tǒng)級(jí)集成，是實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷、高精度的個(gè)人健康信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。低頻率、低噪聲、低功耗的BSN專(zhuān)用醫(yī)學(xué)集成電路芯片組，可實(shí)現(xiàn)高共模、強(qiáng)干擾環(huán)境下的心電信息采集處理，達(dá)到系統(tǒng)噪聲的最小化。醫(yī)學(xué)芯片的低功耗設(shè)計(jì)非常重要，可有效延長(zhǎng)低負(fù)荷、高精度的個(gè)人健康信息的連續(xù)工作時(shí)間。采用低頻率、低噪聲、低功耗醫(yī)學(xué)芯片設(shè)計(jì)的低負(fù)荷、高精度的個(gè)人健康信息系統(tǒng)，可以有效減少設(shè)備的幾何尺寸，增加其“可穿戴性”，對(duì)人們?nèi)粘Ｆ鹁雍突顒?dòng)等的干擾可減至最低。

2.2.2 主控芯片

可穿戴設(shè)備的內(nèi)置芯片主要包括了SoC、AP芯片、MCU等。SoC主控芯片主要支持通信功能，類(lèi)似于手機(jī)芯片。AP芯片即應(yīng)用芯片，支持較為復(fù)雜的運(yùn)算和因公場(chǎng)景，對(duì)特定的應(yīng)用具有特定的模塊支持；較多的是AP芯片加MCU的模式，加入微控制器芯片來(lái)管理多個(gè)傳感器。MCU即微控制器，是可穿戴設(shè)備中必不可少的一類(lèi)產(chǎn)品，傳感器的管理、數(shù)據(jù)的傳輸都要通過(guò)MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.2.3 專(zhuān)用芯片

除了主控芯片外，低功耗藍(lán)牙芯片、Wi-Fi、GPS、NFC及基帶芯片都是可穿戴設(shè)備應(yīng)用于不同場(chǎng)景中的基本配置。不同的目標(biāo)產(chǎn)品和應(yīng)用場(chǎng)景也可以將各種功能芯片進(jìn)行重新組合，單一類(lèi)型的芯片往往應(yīng)用于功能單一的設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中。

2.3 傳感器

穿戴式設(shè)備因其面向?qū)ο蠛蛻?yīng)用場(chǎng)景的不同，需要不同類(lèi)型的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)感知的功能。傳感器是可穿戴設(shè)備必不可少的核心部件，從功能方面可以分為運(yùn)動(dòng)傳感器、生物傳感器和環(huán)境傳感器。

2.3.1 運(yùn)動(dòng)傳感器

加速度角速度傳感器、陀螺儀、地磁傳感器等測(cè)定姿態(tài)、位置以及測(cè)定運(yùn)動(dòng)相關(guān)傳感信息的傳感器都可以稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)傳感器，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、導(dǎo)航、人機(jī)交互等方面。較為常見(jiàn)的六軸傳感器即包括了陀螺儀和加速度的傳感器，集成磁力計(jì)之后稱(chēng)之為九軸傳感器。在目前市場(chǎng)上的芯片產(chǎn)品中，已經(jīng)有相應(yīng)的九軸傳感器芯片。運(yùn)動(dòng)傳感器廣泛應(yīng)用于可穿戴運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，在康復(fù)[29]、健身等應(yīng)用中具有重要的價(jià)值。

2.3.2 生物傳感器

血糖傳感器[30]、血壓傳感器[31]、心電肌電傳感器[32]、體溫傳感器等生命體征檢測(cè)裝置都可以納入到生物傳感器的范疇，其主要應(yīng)用場(chǎng)景為健康監(jiān)控、病情預(yù)警。醫(yī)務(wù)人員可以通過(guò)此類(lèi)傳感器收集到的信息，豐富診療參考信息。通過(guò)生物傳感器的生命體征監(jiān)測(cè)和疾病監(jiān)控，衍生出較多的新型醫(yī)療模式。

2.3.3 環(huán)境傳感器

這類(lèi)傳感器包括溫度濕度傳感器、氣體傳感器、pH傳感器、紫外線(xiàn)傳感器[33]、氣壓傳感器等監(jiān)測(cè)環(huán)境條件的傳感器?；诖祟?lèi)傳感器，完成環(huán)境檢測(cè)、天氣預(yù)報(bào)、健康提醒等功能。

目前，運(yùn)動(dòng)傳感器在市場(chǎng)上占據(jù)主導(dǎo)地位，生物傳感器和環(huán)境傳感器在特定的場(chǎng)合中也具有重要的應(yīng)用。隨著MEMS技術(shù)的普及和應(yīng)用，更多類(lèi)型的傳感器可以集成到可穿戴設(shè)備中，根據(jù)面向的用戶(hù)和使用場(chǎng)景的差異進(jìn)行細(xì)分。

2.4 柔性原件

由于可穿戴設(shè)備的產(chǎn)品形態(tài)多與人體特定部位的形態(tài)相關(guān)，長(zhǎng)時(shí)間佩戴對(duì)產(chǎn)品的觸感、舒適度都具有較高的要求，貼近人體的外形設(shè)計(jì)、柔軟度都是可穿戴產(chǎn)品的必備特性，所以柔性原件在產(chǎn)品工業(yè)設(shè)計(jì)中占有重要的位置。

2.4.1 柔性電路板

柔性電路板是通過(guò)使用柔性絕緣材料(主要是聚酰亞胺或聚酯薄膜)制成的印刷電路板，可以自由地彎曲、卷繞或者折疊，它在三維空間內(nèi)的伸縮性能、散熱性能都比傳統(tǒng)印刷電路板優(yōu)秀[34]。目前，這種電路板在連接電路、輔助電路上都有所應(yīng)用，主板的柔性化還需要技術(shù)的進(jìn)一步完善，而其尺寸及耐折性需要進(jìn)一步調(diào)整才能適合可穿戴設(shè)備的應(yīng)用。

2.4.2 柔性屏幕

柔性屏幕通常使用有機(jī)發(fā)光二極管材質(zhì)，被安裝到塑料或金屬薄片等柔性材料上，舍棄了傳統(tǒng)的玻璃面板固定方案[35]。柔性屏幕不僅在體積上更加輕薄，功耗上也有所降低。柔性屏幕的發(fā)展包括固定式彎曲(曲面屏幕見(jiàn)圖4(a))、彎曲屏幕(機(jī)身可彎曲，見(jiàn)圖4(b))、折疊式屏幕(見(jiàn)圖4(c))?，F(xiàn)階段的柔性屏幕尚處于固定式彎曲階段，無(wú)法變形或者折疊。

圖4 柔性屏幕。(a)曲面屏幕；(b)機(jī)身可彎曲；(c)折疊式屏幕Fig.4 Flexible screen. (a) Curved plane screen；(b) Machine bendable；(c)Foldaway screen

3 可穿戴設(shè)備的交互模式

基于觸控的交互模式顛覆了傳統(tǒng)的基于鍵盤(pán)鼠標(biāo)外設(shè)的交互方式，但是多點(diǎn)觸控在可穿戴設(shè)備的應(yīng)用中同樣具有較大的局限性。通過(guò)手勢(shì)(非觸控式)、眼動(dòng)、姿勢(shì)、語(yǔ)音等方式進(jìn)行交互，使得可穿戴產(chǎn)品更具有普及性。

3.1 語(yǔ)音交互

語(yǔ)音交互的技術(shù)基礎(chǔ)是語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)就是要使機(jī)器能夠理解語(yǔ)言指令，將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的計(jì)算機(jī)指令，即自然語(yǔ)言處理技術(shù)[36]。

目前，語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)隨著機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域內(nèi)深度學(xué)習(xí)算法的研究發(fā)展，以及云計(jì)算、高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的普及，其技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)前所未有高度。各種類(lèi)型的語(yǔ)音對(duì)話(huà)機(jī)器人、語(yǔ)音助手工具層出不窮，知名的產(chǎn)品如Siri、Cortana[37]、科大訊飛、百度語(yǔ)音等，已經(jīng)大量應(yīng)用到智能終端中。

3.2 手勢(shì)交互

姿勢(shì)交互是通過(guò)采集人體不同部位的姿勢(shì)，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)技術(shù)，轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)指令來(lái)操作，手勢(shì)是其中一個(gè)比較重要的方面[38]。手勢(shì)技術(shù)讓用戶(hù)的生活更簡(jiǎn)單，無(wú)需持有或點(diǎn)擊設(shè)備，便能為用戶(hù)提供互動(dòng)。

3.3 眼動(dòng)交互

眼動(dòng)交互是依靠計(jì)算機(jī)識(shí)別、紅外檢測(cè)或者無(wú)線(xiàn)傳感器等方式，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制和交互。眼動(dòng)控制最易于被接受，一些肢體障礙患者仍能自如地控制眼睛。 基于眼動(dòng)的交互系統(tǒng)的研究始于100多年前，技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)在于眼動(dòng)的記錄，并將其解析成具體的指令,以達(dá)到交互的目的。目前，眼球運(yùn)動(dòng)的探測(cè)方法主要有磁搜索線(xiàn)圈技術(shù)[39]、眼電圖技術(shù)、紅外眼動(dòng)圖法[40]、視頻記錄法[41]。

4 可穿戴設(shè)備操作系統(tǒng)

當(dāng)前可穿戴設(shè)備仍處在發(fā)展初期，各大廠(chǎng)商在推出不同可穿戴產(chǎn)品的同時(shí)，也希望打造自己的生態(tài)系統(tǒng)，包括定制操作系統(tǒng)、界面交互、提供API給開(kāi)發(fā)者等。與可穿戴設(shè)備情況相同，當(dāng)前用于可穿戴設(shè)備的操作系統(tǒng)非常碎片化，不同開(kāi)發(fā)平臺(tái)之間互不兼容，這導(dǎo)致不同應(yīng)用之間信息不能共享、開(kāi)發(fā)效率低下。

可穿戴設(shè)備操作系統(tǒng)可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是適用于手環(huán)等基礎(chǔ)設(shè)備的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)，另一類(lèi)是適用于智能手表和智能眼鏡的Android 相關(guān)系統(tǒng)、蘋(píng)果的Watch OS、三星的Tizen、騰訊的TencentOS和阿里巴巴的YunOS。

4.1 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)RTOS

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(real-time operating system, RTOS)，是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應(yīng)，調(diào)度一切可利用的資源來(lái)完成實(shí)時(shí)任務(wù)，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)[42]。由于RTOS對(duì)硬件的要求較低，使其成為可穿戴設(shè)備重要的操作系統(tǒng)。

可穿戴設(shè)備搭載的多為開(kāi)源免費(fèi)的RTOS，如FreeRTOS[43]、RTEMS[44]、eCos[45]等。因?qū)τ布蟮?，市面上的智能手環(huán)基本都采用RTOS，如Jawbone、Fitbit、FuelBand等，也有交互簡(jiǎn)單的智能手表，如Pebble等。相對(duì)地，RTOS也有缺點(diǎn)，其功能和軟件相對(duì)固定，在功能擴(kuò)展方面受到限制，后續(xù)開(kāi)發(fā)需要投入大量精力。

4.2 Android 相關(guān)系統(tǒng)

2014年，谷歌公司推出官方可穿戴開(kāi)發(fā)平臺(tái)Android Wear[46]。和Android一樣，Android Wear是一個(gè)開(kāi)放平臺(tái)，它允許第三方廠(chǎng)商加入進(jìn)來(lái)生產(chǎn)各式各樣的Android Wear兼容設(shè)備——主要就是各種智能手表。Android Wear交互設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 自動(dòng)觸發(fā) (launched automatically)。Android Wear 可通過(guò)識(shí)別時(shí)間、位置和用戶(hù)身體狀態(tài)，在最合適的時(shí)間，通過(guò)卡片的形式，向用戶(hù)推送最相關(guān)的信息內(nèi)容。

2) 快速瀏覽 (glanceable)。谷歌認(rèn)為，用戶(hù)在安卓手表上獲取信息的體驗(yàn)應(yīng)該和用傳統(tǒng)手表看時(shí)間一樣優(yōu)雅和精準(zhǔn)，只需要眼角余光一瞥，一切盡在掌握。只有這樣，用戶(hù)才能更快速地回到現(xiàn)實(shí)生活中，活在當(dāng)下，享受生命的每一刻。

3) 智能推送與搜索 (suggest and demand)?；?Google Now 的引擎，安卓手表力圖成為用戶(hù)最隨身的智能助手。谷歌的賬號(hào)服務(wù)系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)用戶(hù)的喜好，只推送最相關(guān)、最及時(shí)的資訊。只可惜目前谷歌的服務(wù)在中國(guó)大陸無(wú)法使用，大大降低了安卓手表的實(shí)用性。

4) 零打擾 (zero or low interaction)。很多時(shí)候 Android Wear 會(huì)自動(dòng)識(shí)別用戶(hù)的需求，幫用戶(hù)自動(dòng)輸入內(nèi)容，用戶(hù)僅需要確認(rèn)或者取消。UI 元素采用大塊點(diǎn)擊、大動(dòng)作滑動(dòng)和手勢(shì)識(shí)別，并不需要精確的觸摸操作。谷歌舉了個(gè)有趣的比喻：每次推送消息給用戶(hù)，就好像現(xiàn)實(shí)生活中有人突然拍一下用戶(hù)的肩膀一樣，是種很親密的行為；但如果這樣的行為被濫用，用戶(hù)很快就會(huì)厭煩，并且將被用戶(hù)拋棄(Android Wear可以自定義哪些App 有權(quán)限推送消息到手表上)。

4.3 蘋(píng)果Watch OS

2014年，蘋(píng)果公司發(fā)布了其首款智能手表Apple Watch，并于同年11月發(fā)布了WatchKit 開(kāi)發(fā)工具，揭開(kāi)了 Apple Watch 交互邏輯和諸多 UI 元素細(xì)節(jié)。用戶(hù)可以最簡(jiǎn)單的視覺(jué)閱讀方式，獲取個(gè)人的數(shù)據(jù)。蘋(píng)果公司強(qiáng)調(diào)了3點(diǎn)交互原則[47]：

1) 個(gè)人化 (personal)。因?yàn)槭直硎亲钯N近人體、最“無(wú)感”的智能設(shè)備，因此天然具備充當(dāng)個(gè)人與虛擬世界交互入口的潛質(zhì)。每當(dāng)用戶(hù)抬起手腕的時(shí)候，蘋(píng)果手表能夠自動(dòng)呈現(xiàn)相關(guān)信息提醒和個(gè)人健康數(shù)據(jù)。

2) 整體性 (holistic)。從iPhone5和iOS7開(kāi)始，蘋(píng)果公司開(kāi)始追求軟硬件結(jié)合的一體化極致體驗(yàn)。Retina視網(wǎng)膜屏、渾圓過(guò)渡的鵝卵石狀外殼、數(shù)字表冠(digital crown)和內(nèi)置的Taptic精確振動(dòng)引擎，都是這一理念的在手表上的進(jìn)一步實(shí)踐。蘋(píng)果公司建議開(kāi)發(fā)者在開(kāi)發(fā)手表App時(shí)盡量使用黑色背景，并把UI元素盡量布局到屏幕邊緣，也是為了從視覺(jué)上模糊屏幕軟件與表殼硬件之間邊界。

3) 輕交互(lightweight)。蘋(píng)果公司認(rèn)為，手表上的交互應(yīng)該是快速便捷、無(wú)需復(fù)雜輸入和操作的。通過(guò)抬起手腕，提醒會(huì)自動(dòng)顯示；手腕放下的時(shí)候，提醒自動(dòng)消失，用戶(hù)無(wú)需額外的觸摸交互。掃視界面(glance)把所有重要信息集中在一屏之內(nèi)展示，并提供快速的操作入口以便某些場(chǎng)景下的進(jìn)一步交互。

Watch OS采用的是圓形UI設(shè)計(jì)，所有的元素都是以圓形呈現(xiàn)，如圖5所示。相比Android Wear更平面的卡片式設(shè)計(jì)，Watch OS支持頂層操作，更具立體感。

圖5 蘋(píng)果Watch OS界面設(shè)計(jì)。(a)App圖標(biāo)；(b)掃描界面glances；(c)可執(zhí)行的提醒卡片F(xiàn)ig.5 Apple Watch OS UI. (a)WatchKit Apps; (b) The Glances; (c) Actionable notifications

4.4 三星Tizen

Tizen[48]是由英特爾、三星聯(lián)合其他智能手機(jī)廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)，針對(duì)手機(jī)和其他設(shè)備的操作系統(tǒng)。Tizen系統(tǒng)是英特爾MeeGo系統(tǒng)與三星LiMo系統(tǒng)的混合體，是基于Linux的開(kāi)源軟件平臺(tái)，可運(yùn)行在智能手機(jī)、平板、上網(wǎng)本、車(chē)載信息系統(tǒng)和智能電視上。Tizen操作系統(tǒng)的交互是以滑動(dòng)為主、語(yǔ)音為輔，并搭載了S Voice實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音操作。Tizen的應(yīng)用程序接口是基于HTML5和其他Web開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)。除了HTML5應(yīng)用程序外，Tizen的SDK包括原生開(kāi)發(fā)工具包。從核心系統(tǒng)到核心應(yīng)用，Tizen的整個(gè)軟件堆棧都會(huì)對(duì)外開(kāi)放。2014年，三星推出搭載Tizen的智能可穿戴設(shè)備Gear2、Gear2 Neo、Gear Fit及Gear S。其中，影響力最大的是智能手表Gear S，它是一款不通過(guò)手機(jī)也能直接打電話(huà)的智能手表。但搭載Tizen的智能設(shè)備只能與三星的高端手機(jī)搭配，無(wú)法支持其他智能手機(jī)；若未來(lái)不能解決與其他智能手機(jī)支持的問(wèn)題，則只能成為小眾市場(chǎng)。

4.5 其他

TencentOS (TOS)是騰訊官方適配的安卓手機(jī)系統(tǒng)[49]，它基于TOS為智能手表、微游戲機(jī)、虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品三大智能硬件提供了系統(tǒng)解決方案。目前，搭載TOS的智能手表有映趣的inWatch T和中興的AXON Watch。YunOS[50]是阿里巴巴集團(tuán)旗下的一款智能設(shè)備操作系統(tǒng)產(chǎn)品，融合了阿里巴巴在云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、云計(jì)算服務(wù)以及智能設(shè)備操作系統(tǒng)等多領(lǐng)域的技術(shù)成果，并且可搭載于智能手機(jī)、智能機(jī)頂盒(DVB/IPTV/OTT)、互聯(lián)網(wǎng)電視等多種智能終端設(shè)備上。

總體來(lái)看，在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域中，操作系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)激烈。RTOS優(yōu)勢(shì)在于低功耗，對(duì)硬件要求低，是目前手環(huán)設(shè)備的首選系統(tǒng)，但功能擴(kuò)展復(fù)雜；Android相關(guān)系統(tǒng)有從手機(jī)延續(xù)過(guò)來(lái)的生態(tài)優(yōu)勢(shì)，但尚不成熟。三星雖極力推動(dòng)Tizen，但從產(chǎn)品和應(yīng)用來(lái)看，還是無(wú)法同Android Wear和Watch OS相抗衡；蘋(píng)果公司的Watch OS在設(shè)計(jì)與交互上都有好的體驗(yàn)，但同iOS一樣是封閉系統(tǒng)，不開(kāi)放給其他廠(chǎng)商。

5 可穿戴技術(shù)研究的發(fā)展方向

可穿戴設(shè)備在感知與運(yùn)用兩個(gè)維度的變化，為其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展提供了各種可能性。隨著相關(guān)技術(shù)的日趨成熟，各種產(chǎn)品即將大規(guī)模地進(jìn)入普通人生活的各個(gè)角落，為人類(lèi)帶來(lái)重大的科技變革。目前，可穿戴設(shè)備最具有應(yīng)用前景的領(lǐng)域是醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)和娛樂(lè)。

5.1 智能醫(yī)療

智能醫(yī)療通過(guò)使用智能終端、移動(dòng)通信及云計(jì)算等技術(shù)提供醫(yī)療服務(wù)，可穿戴設(shè)備技術(shù)為智能醫(yī)療的應(yīng)用和擴(kuò)展提供了重要的支持。從內(nèi)容上講，可穿戴的主要醫(yī)療應(yīng)用包括如下3個(gè)方面。

5.1.1 生命體征監(jiān)測(cè)

人們?nèi)粘Ｊ褂玫纳钗锲?，譬如眼鏡、手表、手環(huán)、服飾，可以緊身佩戴來(lái)實(shí)現(xiàn)體征參數(shù)感知的目的?？纱┐麽t(yī)療設(shè)備利用生物傳感器，采集獲取人體的生理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過(guò)各類(lèi)通信方式與數(shù)據(jù)中心進(jìn)行交互，并在數(shù)據(jù)中心分包進(jìn)行信息解讀并反饋到個(gè)體，實(shí)現(xiàn)體征參數(shù)的智能監(jiān)測(cè)。

心電圖信號(hào)是人體一個(gè)較為重要的生命體征參數(shù)，基于可穿戴心電圖設(shè)備的心臟病監(jiān)測(cè)應(yīng)用已經(jīng)有較為清晰的系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)模式(見(jiàn)圖6)。通過(guò)可穿戴設(shè)備，可以方便地幫助用戶(hù)記錄心電圖數(shù)據(jù)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)常規(guī)心電圖中難以發(fā)現(xiàn)的心律失常和心肌缺血，為臨床分析提供客觀依據(jù)[51]。

圖6 可穿戴心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)Fig.6 The wearable ECG monitor based healthcare system diagram

5.1.2 遠(yuǎn)程診療協(xié)助

在監(jiān)測(cè)之外，穿戴式設(shè)備集成的電極、振動(dòng)反饋等功能可以為醫(yī)護(hù)人員提供遠(yuǎn)程治療的技術(shù)支持。例如，在上述可穿戴心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，可以通過(guò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集獲取、存儲(chǔ)、反饋等。但是，在突發(fā)情況中，更進(jìn)一步的需求是能夠提供急救或干預(yù)機(jī)制。比如穿戴式的除顫器，在感知電極傳感器中加入除顫電極，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常時(shí)，報(bào)警器會(huì)通知醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行除顫或者自動(dòng)除顫[52]。這樣做，既實(shí)現(xiàn)了心電參數(shù)的監(jiān)測(cè)，又為防止惡性事件的發(fā)生提供了干預(yù)手段，是可穿戴在智能遠(yuǎn)程醫(yī)療中的重要發(fā)展方向。類(lèi)似的電極刺激等方式，也應(yīng)用于老年癡呆的緩解治療中[53]。

5.1.3 可穿戴醫(yī)療應(yīng)用的問(wèn)題

目前已有的一些遠(yuǎn)程診療或體征檢測(cè)模式難以回避的幾個(gè)問(wèn)題，在于其仍然缺乏與智能醫(yī)療相契合的特質(zhì)，表現(xiàn)在人機(jī)交互的便捷性缺乏、數(shù)據(jù)和信息的專(zhuān)業(yè)性高、數(shù)據(jù)安全保障差。設(shè)備的用戶(hù)黏度在于佩戴的舒適性、操作的便利程度，可穿戴醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)理念、應(yīng)用手段、操作方法都應(yīng)當(dāng)更加便捷，才能保障其長(zhǎng)期可使用性，從而發(fā)揮其預(yù)警或診療的價(jià)值。同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可解釋性存在較大的弱項(xiàng)，只有專(zhuān)業(yè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的介入才可能將數(shù)據(jù)充分與臨床和健康結(jié)合起來(lái)，目前這方面的服務(wù)和數(shù)據(jù)解讀并不理想。另外，可穿戴使用環(huán)境的非封閉性可能導(dǎo)致的隱私問(wèn)題也是應(yīng)用中的重大隱患。

5.2 運(yùn)動(dòng)健身

可穿戴設(shè)備在健身領(lǐng)域的產(chǎn)品主要面向關(guān)注運(yùn)動(dòng)健身的人群，通過(guò)移動(dòng)終端周邊的可穿戴運(yùn)動(dòng)傳感器及部分生物傳感器，實(shí)時(shí)記錄運(yùn)動(dòng)量[54]、消耗熱量、心率[55]、睡眠狀態(tài)[56]等參數(shù)，特別適用于健身目標(biāo)跟蹤及監(jiān)測(cè)。

手表、手環(huán)類(lèi)的產(chǎn)品是目前應(yīng)用最為廣泛的設(shè)備。這些產(chǎn)品對(duì)日常健身運(yùn)動(dòng)中的基本體征監(jiān)測(cè)及睡眠體征數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析并給出建議，在肌肉鍛煉跟蹤、姿態(tài)管理、運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)采集、運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、訓(xùn)練數(shù)據(jù)分析方面都有新的應(yīng)用。

這類(lèi)產(chǎn)品存在較大的不足，如基本淪為了“智能手機(jī)的附屬配件”，諸多的運(yùn)動(dòng)解決方案、睡眠監(jiān)測(cè)解決方案在技術(shù)發(fā)展的浪潮之中極易被智能手機(jī)所替代。例如，記錄睡眠狀態(tài)及行動(dòng)路徑的手環(huán)在帶有振動(dòng)傳感器和GPS定位的智能手機(jī)的市場(chǎng)中將失去競(jìng)爭(zhēng)力。

5.3 其他應(yīng)用

智能家居方面，穿戴式設(shè)備將人類(lèi)個(gè)體指令的覆蓋范圍擴(kuò)大到了整個(gè)居住環(huán)境[57]，包括了居室內(nèi)部的家電、燈光、老人看護(hù)設(shè)備。

軍事應(yīng)用方面，單兵作戰(zhàn)設(shè)備集成多種環(huán)境傳感器來(lái)更好地偵測(cè)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境[58]，應(yīng)用生物傳感器檢測(cè)士兵的體能狀態(tài)來(lái)提供保障服務(wù)等。

游戲方面，基于多種可穿戴設(shè)備及新型交互模式的產(chǎn)品產(chǎn)生了各種具有市場(chǎng)價(jià)值的應(yīng)用，顛覆了傳統(tǒng)電子游戲的鼠標(biāo)加鍵盤(pán)的方式。在新的解決方案中，可以采用體感、姿勢(shì)、聲音及意念等方式娛樂(lè)。

6 結(jié)語(yǔ)

可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展、產(chǎn)品功能、商業(yè)模式、競(jìng)爭(zhēng)格局仍在探索和形成過(guò)程中。從產(chǎn)品角度來(lái)看，微型化、時(shí)尚化、個(gè)性化、多屏互聯(lián)是可穿戴設(shè)備的主要發(fā)展方向，豐富的內(nèi)容信息以及高質(zhì)量、精準(zhǔn)化、個(gè)性化、及時(shí)性的服務(wù)都將是可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分。從技術(shù)角度來(lái)看，可穿戴設(shè)備對(duì)芯片的功耗、傳感技術(shù)的融合發(fā)展、新型顯示、創(chuàng)新性的人機(jī)交互方式、大數(shù)據(jù)處理等提出了更高的要求。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來(lái)看，需要從業(yè)者在掌握芯片、操作系統(tǒng)、關(guān)鍵器件等核心技術(shù)的同時(shí)，構(gòu)建可穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，這是掌握產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)權(quán)的關(guān)鍵。筆者對(duì)這幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了梳理及分析，為可穿戴的研究提供了一個(gè)系統(tǒng)的研究框架。

(致謝 本文在撰寫(xiě)過(guò)程中得到了中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院王磊博士課題研究組多位同事的支持，他們是：秦興彬、吳亦哥、王澄、徐彤、羅瑋，在此一并致謝。)

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The Development of Wearable Technologies

Yan Yan1，2Zou Hao1，2Zhou Lin3Yuan Chan3Wang Lei1#*

1(ShenzhenInstitutesofAdvancedTechnologies,ChineseAcademyofSciences,Shenzhen518055,China)2(ShenzhenKeyLaboratoryofLow-CostHealthcare,Shenzhen518055,China)3(SchoolofInformationEngineering,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)

In this paper, the connotations and extensions of wearable technologies were expounded, and the origins of the technique development and histories were summarized from the state-of-art of wearable technologies. Then the key technologies were introduced mainly including communication technology, chips, sensors and flexible components. The wearable operation systems and interactive models were concluded. The common application scenes were stated as well as the research orients. The study discussed the research contents and applications of wearable technologies, which formed a research frame of wearable technologies.

wearable technology; interactive model; operating system; application model

10.3969/j.issn.0258-8021. 2015. 06.002

2015-10-12， 錄用日期:2015-11-02

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(71531004)；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(2012AA02A604)；深圳市科技研發(fā)資金(JCYJ20150402095641631)

R318

A

0258-8021(2015) 06-0644-010

# 中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)會(huì)員(Member, Chinese Society of Biomedical Engineering)

*通信作者(Corresponding author)， E-mail:wang.lei@siat.ac.cn