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为下一代可穿戴技术做好准备

智能,不仅仅是功能,正在向从手表、眼镜到服装的所有领域发展,但仍有许多障碍需要克服。

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可穿戴设备由于其成功和失败,最近吸引了很多关注。它们将包装、新基板、能量清除、低功耗、新颖的连接性、灵活性、耐用性以及时尚性的要求结合在一起。

尽管一些挑战仍然艰巨,但长期潜力正在推动该行业寻找可能的解决方案。他们正在为科技能够提供创造性思维所需的东西的那一天做准备。

我们已经习惯了健身跟踪器和智能手表。智能眼镜带来了更多的挑战,但也带来了很多机会。聪明的鞋子是运动界的一件事。但许多人的最终目标是将智能嵌入衣服本身或直接放在皮肤上的物品中。除了传感器,这可能包括从执行器、变色表面或施加压力以获得更好的姿势,到药物调节等一切。

许多可穿戴设备面临的挑战之一是提供足够的价值,或者使用起来足够方便。甚至健身跟踪器也被视为提供了重要的初始值,而不是持久的。随后,设备产生的增益被路旁转移,设备被丢弃。因此,一些设备可能设计为短期的。

Atmosic Technologies副总裁斯里尼瓦斯·帕塔马塔(Srinivas Pattamata)表示:“可穿戴设备必须成本相对较低、重量轻、舒适,适合全天佩戴。”。“主题公园正在推出可穿戴设备,以在参观公园时提供更具互动性的用户体验。这些设备还可以实现对新冠病毒友好的操作,如无接触售票、锁定和解锁储物柜,以及避免接触潜在污染的表面。”

部分问题可能是强制使用现有技术,而不是专门为所需任务开发技术。Nextiles首席执行官乔治·孙(George Sun)表示:“我将把可穿戴市场描述为提供自上而下的解决方案。”。“也就是说,使用来自其他行业的解决方案,并将其重新用于身体。例如,加速计,主要用于飞机和移动车辆,但现在已微型化,可用于人体的步进计数器。这允许通过皮带、粘合剂、鞋垫、眼镜等反向工程连接机制。在我的依我看来,这些解决方案在功能上是可穿戴的,但在字面意义上并不是真正可穿戴的。”

智能眼镜被视为一个高成本、高价值的潜在市场。“尽管在工程领域最难实现——很大程度上是由于对体积小、重量轻的外形因素的功率和性能考虑——但增强现实(AR)可穿戴设备的未来很可能是智能眼镜,”加州理工学院XR和可穿戴设备高级总监克坦·沙阿(Ketan Shah)说手臂. “Arm自己的消费者研究表明,58%的受调查者对佩戴日常AR智能眼镜的前景持肯定态度,这包括各种使用案例,从沉浸式游戏和屏幕投影到“在路上”导航和翻译。”

这需要技术融合。“有许多部分必须结合在一起,”法国电信解决方案和生态系统高级集团总监弗兰克·席尔迈斯特(Frank Schirmeister)表示抑扬顿挫. “它需要先进的封装、先进的传感器和传感器融合技术、对安全等问题的关注,并且必须无缝工作并提供价值。”

考虑到可穿戴设备的电池电量有限,这比看上去要困难。“这不仅需要考虑产品,还需要考虑系统和解决方案,”该公司销售、营销和分销高级副总裁肖恩·斯卢瑟(Shawn Slusser)表示英飞凌科技

与许多这类设备一样,需要在提供过多功能而浪费能量和增加电池寿命之间取得平衡,但最终系统却不够复杂。

一些必要的部分还没有出现。Nextiles的Sun说:“令人惊讶的是——或者有些人可能会讽刺地说——限制器是这项技术中令人厌烦的部分。”。“我们将如何给设备充电?设备将如何通信?它能否通过塑料或衣服进行通信?设备将如何与我的衣服或身体连接?它是否通过另一条直接嵌入衣服中的带子、磁性物体等?”

而且它必须在正确的成本点。Arm研究杰出工程师约翰·比格斯(John Biggs)在最近的一份声明中说:“随着超低成本微处理器在商业上的可行性,所有类型的市场都将以有趣的用例打开,例如智能传感器、智能标签和智能封装。”。“使用这些设备的产品可以通过减少食物浪费来帮助实现可持续性,并通过智能生命周期跟踪来促进循环经济。就个人而言,我认为最大的影响可能在医疗保健方面——这项技术确实有助于构建可直接应用的智能一次性健康监测系统到皮肤上。”

数据的价值
问题的一部分在于,这些设备中的许多都会产生大量数据,但您如何处理这些数据呢?无法转化为可操作信息的数据几乎没有价值。“智能在于数据的聚合,”该公司产品工程总监约翰·斯塔贝诺(John Stabenow)表示西门子EDA.“这可能不是在设备上,而是在接收数据的某些应用程序上。”

这有时可能需要汇集许多不同的数据片段。“在我的一台设备中,数据在云中传输和计算,”Cadence的Schirmeister说。“他们会让你了解你是如何朝着特定目标前进的,记录你所做的事情,然后告诉你,如果你晚上锻炼到很晚,是否会影响你的睡眠。”

Schirmeister指出Facebook的新项目Aria。“他们基本上是在看智能眼镜,但他们是从数据的角度看的。他们也在考虑隐私分析。例如,他们有一些标准的例子,其中有人基本上是通过他们的公寓,拍摄的图像被渲染,它是在识别东西。像脸这样的东西可能会但有时你可能需要这些数据。如果你对它说,‘我丢了钥匙’,他们会根据眼镜最后一次看到它们的位置——在客房的咖啡桌上——来确定它们在哪里。”

保健
最高的价值可能来自医疗保健行业,该行业有直接的诱因,需要佩戴必要的设备、衣服、贴片等,并且建立了生态系统来全面分析数据。Atmosic的Pattamata说:“可穿戴设备和其他连接设备正用于各种医疗应用,并提供对患者健康至关重要的定期、始终在线的数据。”。“可穿戴式医疗设备为患者和护理他们的医务人员提供了一种简便的方法来监测他们的生命体征,并在问题变得严重之前发现问题。可穿戴式医疗设备的一个新用途是连续血糖监测(CGM),这是一种相对无痛的方法,可以实时跟踪食物和运动对血糖水平的影响。”

今天的CGM是需要频繁更换电池和定期更换传感器的专用设备。能够使用另一种设备,如智能手表,使用非侵入式传感器跟踪血糖水平被认为是智能手表开发商的一个巨大机会,而且到目前为止很难达到足够的准确度。

数据的准确性仍然是可穿戴设备市场的一个挑战,这反映在误报和漏报的数量上。英飞凌的Slusser说:“准确度取决于有好的传感器。”。“假感测的数据质量很差,因此半导体的关键在于提高精度。通过传感器融合,您可以将多个传感器的输出结合起来,因此即使一个传感器告诉您一件事,多个传感器也可以验证该数据。这在过去是无法承受的,但现在是。”

这些传感器还需要能够足够快地输出数据,以产生影响。西门子的Stabenow说:“健康设备已经出现了,无论是硬件还是在我们生活中使用的数据应用。”“一个例子是Oura睡眠监测环和应用。这是将技术和用户体验结合起来的一个很好的例子,可以增加价值。另一个应用可能是记录和监测身体力学或身体运动。想象一个物理治疗师的办公室环境,他们可以使用智能套装来评估病人的活动能力,并测量病人肩部的活动范围。然后,医生可以开一些拉伸和锻炼的处方,以改善活动范围。这套宇航服可以记录病人做这些动作的过程,并就如何改进提供反馈,或者如何避免将手臂和肩膀置于错误的或有害于目标的位置。”

但还有一个非技术问题。“这是一个信任问题,”Schirrmeister说。“我们发现,人们通常不相信这些设备,这取决于疾病的类型。我们对全球3000名用户进行了调查。只有30%的人表示,他们对基于人工智能设备的许多严重问题诊断感到放心(见图1)。但人们对这些技术越来越有信心,因为它让他们更方便。这是三个c -信心,方便,然后协作。专家们不再只是相信我的设备,而是将它视为一个数据点,它可能会显示出一些值得关注的信息。”

图1:对穿戴式诊断感到满意的人的百分比。资料来源:Cadence

图1:对穿戴式诊断感到满意的人的百分比。资料来源:Cadence

技术问题
有许多技术问题需要解决。在某些情况下,这仅仅意味着改进现有的技术,但在其他情况下,这可能需要更根本的反思。

织物上的电路已经取得了一些进展。Stabenow说:“智能织物将是一个非常狭窄和特殊的领域,即内置电子设备和传感器的可穿戴织物。”。“显而易见的应用是健康,服装为数据收集提供了更广泛的机会。但可穿戴面料在许多方面远远超出了监测生命体征和血液化学的典型健康应用。”

其他人也同意。Nextile公司的Sun表示:“我们将不可避免地转向更灵活、更适合形状的基材,以满足可穿戴设备领域不断增长的需求和技术进步。”“目前,这种衬底是硅和类似的半导体金属。新的基材是软材料技术。我们使用的软材料是纺织品、织物,但我们也看到其他公司使用塑料、凝胶、生物膜等。我们决定将纺织品作为我们的可穿戴工具,因为面料是我们已经穿的,而且据统计(有趣的事实),我们95%的身体在任何给定的时间都与一块面料互动。”

Arm最近宣布成功使用塑料作为基材。“PlasticARM将率先开发低成本、完全灵活的智能集成系统,以实现“万物互联”,包括在未来十年内将超过一万亿个无生命物体集成到数字世界中。拥有超薄、一致、低成本、本机灵活的微处理器,用于日常objects将揭示导致各种研究和商业机会的创新,”该公司表示。

要做到这一点,包装需要重新思考。Schirrmeister说:“看看Facebook上Aria的组合方式。”“想想这对封装技术和传感器技术意味着什么。想想所有的数据是如何连接的,然后是在哪里处理的。”

还需要新的制造技术。“我们需要重新设计用于可穿戴生产的缝纫机和纺织设备,”孙说。“我们不仅为市场增加或创造了新的机器,而且我们还在构建一种新的传感器技术‘语言’,可以通过线程进行通信。这些传感器需要不同的施工方法,这些施工方法遵循行业特有的模式和结构。”

尺寸和精度对传感器来说很重要。“传感器的尺寸将是一个问题,”Stabenow说。“准确地说,需要数百或数千个传感器来收集数据。尽管MEMS小型化正在发生,但要实现小型化、轻量化和可穿戴性,还有很长的路要走。精度将是另一个问题,大量的传感器可能会克服这个问题。所有的传感器都需要相互通信才能形成一个网状结构,这种网状结构不太可能是通过硬线连接,而是通过某种无线连接。”

设备内部可能会发生一些处理。“我们90%以上的智能来自软商品,我们称之为“枢纽”或“吊舱”的是信使,”孙说。“这些设备从软货物中获取信号,并通过蓝牙将其定向到本地设备,如电话或计算机。”

Pattamatta还认为新的蓝牙开发是重要的一步。“考虑到基于标准的连接的重要性,蓝牙5.0的实施对可穿戴设备很有帮助。可穿戴设备的蓝牙5.0可以将功耗降低5至10倍,从而延长电池寿命。”

权力是一个关键问题。“我们的未来在于如何利用动力运动为我们的设备充电,”孙说。“也就是说,如果佩戴了一个设备,它可以通过身体的运动(如膝盖的弯曲或手臂的运动)同时充电吗?动态充电将是一项革命性的技术,有助于使可穿戴技术小型化和优化。”

正在考虑其他类型的能量收集。“各种形式的能量收集技术是可能的,”帕塔玛塔说。“一个候选方案是光伏。这将有能力收集室内光源,并可以大大延长设备的电池寿命。能量收集是可穿戴设备的理想解决方案,因为能量收集可以使电池持续设备的整个寿命,从而使管理这些设备的车队更容易、更便宜。”ces。“

但电子产品有一个死敌——水。“我们被反复询问材料的坚固性,”孙说。“我们可以清洗设备多少次?”它能在阳光、液体、体液等环境下存活吗?超越这些限制的最好方法是测试,并且是有意识的测试。这意味着融入公众,倾听他们在美学、舒适度和外形方面的意见和建议,并建立直接解决这些问题的解决方案。”

结论
以手表形式出现的可穿戴设备已经超越了平价设备的门槛,提供了足够的功能,并与现有技术相结合。智能眼镜可能正接近这个门槛。但要让可穿戴服装无处不在,还需要重大的进步,而最有可能的是,医学将成为实现这一目标的先锋。但他们必须首先证明自己,而获得完全认可的医疗设备是一个漫长而昂贵的过程。利用它们来补充数据收集可能是一个良好的开端。



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