岳秉杰，劉高鋒，李俊賢

（安徽三聯(lián)學院 電子電氣工程學院，安徽 合肥 230601）

當下，我國微傳感器行業(yè)高速發(fā)展，數(shù)字技術和互聯(lián)技術在人們的生活中被廣泛運用。一方面，信息革命促使社會生產(chǎn)方式發(fā)生變革，居民得以享受富足的物質(zhì)生活；另一方面，信息革命通過加快居民生活節(jié)奏、提高線上辦公率、娛樂吸引等方式大量侵占了居民的精力和時間，對居民的健康造成了巨大的威脅[1-2]。智能穿戴恰是互聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的產(chǎn)物，是指將芯片、傳感器等硬件應用于日常穿戴物品中，同時通過網(wǎng)絡和云端控制實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的設備。目前，智慧穿戴已經(jīng)被廣泛運用于體育運動、醫(yī)療輔助以及信息娛樂等領域，為設備使用者提供移動支付、身份認證、社交、健康檢測以及運動檢測等功能。國際數(shù)據(jù)公司（IDC）發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2023年第二季度我國可穿戴設備市場出貨量為3 350萬臺，同比增長17.3%，可以看出，我國的智能穿戴市場潛力巨大，居民對于智能穿戴的需求也在日益上升。但是，目前市面上的穿戴設備五花八門，存在缺乏交互、功能重疊以及功能缺失等問題。因此，本研究在已有研究的基礎上嘗試設計出一款由納米材料、納米傳感器以及通信設備組成的智能穿戴系統(tǒng)，以期給居民的健康生活帶來更多的便利[3]。

1 系統(tǒng)組成

“守護者”智能穿戴是由智慧鞋、智慧衣、Companion精靈（戒指）外加一個專屬App實現(xiàn)的一個全方位的健康守護系統(tǒng)，通過智慧鞋、智慧衣實現(xiàn)真正的“健康守護者”健康鍛煉，同時配合Companion精靈（戒指）、“守護者”App構建實時健康數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，對用戶身體異常情況進行預警，必要時進行報警救助，系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 “守護者”智慧穿戴的組成

2 各模塊功能

2.1 智慧鞋

在鞋底安裝多個傳感器對應人體多個穴位，“守護者”App聯(lián)合互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)賦予智慧鞋“智慧”，使其知曉人體足底穴位，使用各種按摩手法進行專業(yè)的按摩[4]。另外，智慧鞋還配備了壓力型傳感器，可以根據(jù)用戶的腳型進行自我“微調(diào)”，實現(xiàn)完美貼合。研發(fā)者事先預設了不同的壓力值，分別對應跑步鞋、漫步鞋、籃球鞋、登山鞋、雨鞋等不同的應用模式。使用者可以通過“守護者”App對智慧鞋的應用模式進行切換，滿足其在不同場景下的用鞋需求。智慧鞋可以對扭傷、筋膜炎等提供恢復支持，并且在用戶高墜、滑倒等情況下聯(lián)合智慧衣和“守護者”App進行預警。

2.2 智慧衣

智慧衣由親膚性納米材料和各種信息采集傳感器組成。親膚性納米材料擁有輕薄、恒溫、防風、防雨等特點；信息采集傳感器可以采集使用者的體溫、心跳、血壓、血糖、脈搏等信息并反饋給“守護者”App[5]，其與智慧鞋聯(lián)動可以對使用者的身體健康情況實行全方位監(jiān)測并由“守護者”App形成綜合健康數(shù)據(jù)，為用戶提供指導和預警。另外，智慧衣可以對皮膚疾病進行輔助治療（親膚穿），使皮膚保持干爽有利于恢復。其還可以對人體進行體溫監(jiān)測，當體溫高于37.2 ℃時，智慧衣的顏色會發(fā)生改變，從而引起用戶警覺，同時聯(lián)合“守護者”App給用戶進行身體異常提醒，如果用戶在使用之前設置同時通知使用者所選現(xiàn)實中的“守護者”并進行授權，智慧衣會同時通知此人并告知使用者的異常原因、具體地址。智慧衣在使用者遭遇高墜、撞擊、高溫、低溫、摔倒等情況時都會聯(lián)合智慧鞋對人體健康進行評估，并及時進行預警、求助。

2.3 Companion精靈（戒指）

Companion精靈是一枚材質(zhì)輕巧、便于佩戴的戒指，除了與“守護者”App聯(lián)動實現(xiàn)心率監(jiān)測、睡眠質(zhì)量監(jiān)測的常規(guī)功能，還有以下4個優(yōu)點：（1）可以保障使用者心理健康，擁有強大的場景記錄與分析功能，可以在用戶允許的情況下對用戶信息以及生活習慣進行整合分析，再根據(jù)數(shù)據(jù)平臺搭載的芯片和數(shù)據(jù)庫對用戶的心理情況進行評估，得到心理健康數(shù)據(jù)[6]；（2）擁有更先進的通信設備，一方面可以通過配對實現(xiàn)對于不同動作以及感知的同步傳輸（如震動、拍一拍等），優(yōu)化用戶交互體驗，另一方面還配備了衛(wèi)星通話、太陽能充電等極限功能，可以在極端情況下為使用者提供求生支持；（3）擁有個性化的預警以及報警模式（老人、猛烈摔打、損毀等），使用者可以設置最高優(yōu)先級的敏感詞，這類敏感詞應具有隱蔽性和迷惑性，當使用者遭遇綁架、搶劫、謀殺等危險事件時，只需說出提前設置的敏感詞，Companion精靈（戒指）就會自動在后臺給使用者家屬發(fā)送使用者的位置信息、求救信號并報警；（4）Companion精靈（戒指）裝備了NFC功能。在日常使用中，Companion（精靈）會在固定時間段對用戶的聲紋、指紋等信息進行采集，判定解鎖成功后可以滿足使用者對于移動支付、門禁卡、公交卡等各類功能的需求。

2.4 “守護者”App

“守護者”App配備了市場上同類產(chǎn)品中最先進的算法及模型，負責處理由智慧鞋、智慧衣以及Companion精靈（戒指）提供的信息，并將其處理成用戶可以理解的形式。此外，“守護者”App還有如下功能：（1）“守護者”App涵蓋了市場上絕大多數(shù)健身健康類軟件所擁有的功能，可以滿足使用者對于健身運動指導、日常養(yǎng)生知識的需要。（2）“守護者”App的信息庫還將與社區(qū)醫(yī)院實現(xiàn)互通，為分級診療提供技術支持。（3）“守護者”App可以與智慧鞋、智慧衣以及Companion精靈（戒指）實現(xiàn)聯(lián)動，為用戶的日常使用提供更大的便利。

總而言之，“守護者”App相當于“守護者”智能穿戴系統(tǒng)的大腦，是產(chǎn)品的核心，是為各個產(chǎn)品賦能以及支持它們實現(xiàn)精彩聯(lián)動的關鍵力量，也是讓產(chǎn)品區(qū)別于其他智能穿戴產(chǎn)品的最獨特之處。

3 智能穿戴的發(fā)展前景

近年來，世界范圍內(nèi)智能穿戴設備行業(yè)都呈現(xiàn)出繁榮發(fā)展的景象，尤其在保健領域得到了迅猛發(fā)展。目前，可佩戴設備的發(fā)展主要呈現(xiàn)出以下趨勢。

（1）未來，除了醫(yī)療健康領域，人工智能技術還能在其他領域發(fā)揮至關重要的作用。人工智能技術已經(jīng)深入人們生活的各個層面，無論是便利的智能家居還是精確的智能醫(yī)療，都在不斷提升人們的生活品質(zhì)。尤其在醫(yī)療健康領域，人工智能技術正在逐步推動整個行業(yè)的革新[7]。這種技術有助于醫(yī)生更準確地診斷疾病、預防疾病的風險以及開發(fā)全新的治療方案。隨著人工智能技術在醫(yī)療健康領域的廣泛應用，醫(yī)療服務有望實現(xiàn)全面的互聯(lián)網(wǎng)化[1]。

（2）將可穿戴設備與物聯(lián)網(wǎng)設備進行聯(lián)動的方案正在被越來越多的設備制造商采納。這種發(fā)展趨勢反映在行業(yè)的數(shù)據(jù)上。2023年數(shù)據(jù)顯示，中國可穿戴設備的市場規(guī)模將達到2 300億元，比前一年增長18.6%。智能手表市場規(guī)模預計達到900億元，同比增長20.0%；智能耳機市場規(guī)模預計將增長到800億元，同比增長15.0%；智能手環(huán)市場規(guī)模預計達到400億元，同比增長25.0%；其他可穿戴設備市場規(guī)模則預計達到200億元，同比增長30.0%。在這個趨勢中，物聯(lián)網(wǎng)設備與可穿戴設備的聯(lián)動將更加緊密，為消費者帶來更加便捷且豐富的體驗。

（3）光學傳感技術為可穿戴設備帶來了許多可能性，然而，這些設備的電池壽命往往限制了其功能的發(fā)揮。事實上，電池續(xù)航能力已經(jīng)成為制約智能穿戴設備發(fā)展的主要瓶頸之一，一旦設備電池電量消耗殆盡，用戶就必須將其取下進行充電，這對用戶體驗帶來了極大的影響。為了解決這個問題，產(chǎn)業(yè)界正在積極研發(fā)各類新型電池和充電技術，包括高能量密度電池、固態(tài)超薄電池、可彎曲電池以及無線充電技術等[8]。這些新型電池和充電技術的目標就是為可穿戴設備提供更強的續(xù)航能力，同時也在努力降低充電過程對用戶體驗的影響。

4 結論

智能穿戴設備為人們的生活帶來了極大的便利，擁有廣闊的市場。無論是在健身、健康管理，還是在日常生活的安全保障中，其都發(fā)揮了重要作用。然而，人們還需進一步提高其性能，優(yōu)化其功能，以滿足更多的需求，例如提高電池的續(xù)航能力、提升數(shù)據(jù)的準確性、增強交互性、豐富產(chǎn)品的功能等。

“守護者”智能穿戴的研究主要基于納米傳感器，切中人們對于健康生活的追求，以開發(fā)全新的運動方式和健康管理系統(tǒng)為目標，幫助改善青年人群的亞健康狀態(tài)，輔助監(jiān)護獨居老年群體，有效防止意外摔傷、突發(fā)疾病的發(fā)生。隨著科技的發(fā)展，智能穿戴設備的未來一定會更加精彩。未來，智能穿戴設備將更加智能化、人性化，更加貼合人們的生活需求，為生活帶來更多的可能性。