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可穿戴的水有多深?|扒一扒可穿戴背后的核心

发布时间:2021-10-20

  本月初,昔日可穿戴巨头Fitbit「卖身」的消息坐实——谷歌以21亿美元的价格收购了Fitbit。收购完成以后,谷歌将拥有Fitbit耕耘12年的市场和大量的用户健康数据。这也意味着,谷歌在可穿戴领域有更强的能力和目前排名前四的可穿戴厂商苹果、小米、华为、三星竞争。

  最近几年,虽然可穿戴产品饱受争议,但IDC数据显示,苹果、小米、华为、三星等几家可穿戴设备厂商的出货量连年增长。增长的背后,有用户对可穿戴设备接受度的提高,另一个重要的原因,则是可穿戴产品技术的日趋成熟。可穿戴设备的学名是「可穿戴式微型计算机」,是在计算机及电子产品小型化、便携化的趋势下诞生和发展起来的。作为一类高技术集成度的智能硬件,可穿戴产品的性能高度依赖其背后的核心技术,主要包括芯片技术、传感器、操作系统、通信技术、电池技术、交互技术六个方面。

  芯片是计算机的心脏,也是可穿戴设备的核心器件。可穿戴设备使用的芯片主要包括CPU和DSP两类。CPU是相对通用的业务处理芯片,兼容性好。而DSP芯片是能够实现数字信号处理技术的芯片,强大的数据处理能力和高运行速度是DSP芯片的两大特色。

  随着可穿戴设备的功能越来越多,数据量越来越大,对于芯片的兼容性和运算速度都提出了更高的要求。因此,CPU和DSP的配合使用,才能更好地满足可穿戴设备的功能需求。

  和人体紧密接触是可穿戴设备的主要特征,而可穿戴设备正常工作的前提是对人体数据的有效感知,这些都依赖于各种类型的传感器。可穿戴设备使用的传感器需要具备体积小、质量轻、功耗低、可靠性好、稳定性高、易于集成等特点,目前使用的传感器主要包括运动感知类传感器、环境感知类传感器和生理参数检测类传感器。

  运动感知类传感器主要用于感知用户的位置、速度等运动状态,诸如计步、睡眠监测、摔倒检测等功能均基于运动传感器采集的数据。目前,可穿戴设备使用的运动类传感器主要包括微机电系统加速度传感器和陀螺仪。

  环境感知类传感器的作用是收集和监测周围环境中的某些数据,并以此为用户的出行和活动提供指导,包括环境光传感器、颗粒物传感器、气压传感器、温湿度传感器、紫外线传感器等。目前,可穿戴设备中使用较多的是环境光传感器和气压传感器。环境光传感器的作用是通过感知周围光线使设备自动调节屏幕亮度,以降低设备功耗。气压传感器除用于检测高度以外,还有一个重要作用是在高架桥、室内楼宇等需要准确高度位置数据的特殊场合辅助GPS定位。

  生理参数检测类传感器用于检测人体各项体征数据,比如血糖、心率、血压等,是可穿戴设备提供各类健康和医疗服务的基础。值得关注的是,可穿戴设备的发展在医疗领域引发了一场微型化、可穿戴的医疗设备变革,可穿戴的腕式电子血压计、心脏监测仪、血糖仪、脉搏监测器等医疗类产品陆续问世。

  和医疗相结合,也是可穿戴未来最具前景的几个发展方向之一。可穿戴自身的产品特性,使其面对诸如慢性病患者、老人等需要长程监测体征数据的群体时,能够发挥更大的作用。目前,市面常见的消费级可穿戴设备中,使用最为普遍的是心率传感器。未来,可穿戴设备想要在健康医疗领域产生更大的价值,还要依赖于更多种类具有医疗价值的人体数据的感知和采集。

  可穿戴从附属设备逐渐转变为具有自主功能、能够独立工作的智能硬件产品,可穿戴专用的操作系统也就此诞生。各大可穿戴厂商在推出自家产品的同时,也都搭载了自研的操作系统,努力构建可穿戴系统生态:苹果的Watch OS,华为的 Lite OS,三星的Tizen以及本月初小米推出的MIUI For Watch。

  从智能手机的发展经验来看,融合、统一才是操作系统发展的趋势。可穿戴设备的操作系统目前尚处在群雄争霸的状态,后续如何发展还需要一段时间的观察。

  数据传输几乎是所有智能硬件正常工作的必备条件,可穿戴设备也不例外。可穿戴设备中使用的无线传输技术主要包括蓝牙、WIFI、蜂窝网络。蓝牙是一项专为移动设备开发的低功耗移动无线通信技术,通过减少待机功耗、使用高速连接及降低峰值功率3 种方法来降低功耗。最初的的可穿戴产品如手环、手表均是通过蓝牙和智能手机连接。

  随着可穿戴设备功能增多、数据量提升,WIFI、蜂窝网络也在可穿戴设备中得到使用。蓝牙功耗低,但传输速度和距离有限,WIFI、蜂窝网络能够满足大容量的数据传输,但功耗更高,不利于设备的续航。根据具体场景,多种通信方式搭配使用,才是使可穿戴设备性能最优的解决方案。

  电池技术是限制可穿戴设备功能扩展的重要因素之一。目前,包括可穿戴设备在内的智能硬件均使用锂电池。随着可穿戴设备功能增加、数据交互增多,加之需要长期追踪用户数据的特性,设备的功耗也必然增大,对电池性能的要求也会更高。因此,可穿戴设备的发展必然需要更高能量密度的锂电池或者新型电池技术的支撑。

  通过触显屏进行人机交互是当前大部分智能硬件采用的交互方式。除此之外,还有语音、姿势、眼动等新的交互技术。语音交互的实现主要依赖于语音识别技术,随着语音识别技术的日趋成熟,其在可穿戴设备及其他智能硬件中的使用也会越来越广泛。姿势交互是通过采集人体不同部位的姿势,利用计算机图形学相关技术,转化为计算机指令,以达到交互的目的,目前使用的主要是手势交互。

  眼动交互则是依靠计算机识别、红外检测或者无线传感器等方式,实现设备的控制和交互。不同于手机、Pad,可穿戴设备能够提供的屏幕面积有限,因此,语音交互、姿势交互和眼动交互等不局限于屏幕的交互方式将会在可穿戴设备中有更多的应用。

  可穿戴设备的应用前景广阔,除了手表、手环等常见的消费级可穿戴产品,医疗、体育竞技、工业、军事等领域的专业级可穿戴产品也颇具潜力。可穿戴产品属于高技术集成度的智能硬件,总的来看,高性能低功耗的硬件、能量密度更高的电池以及更加友好便捷的人机交互将会是可穿戴技术未来发展的方向。