为下一代可穿戴技术做好准备吧

可穿戴设备最近吸引了很多关注，因为它们的成功和失败。它们汇集了对包装、新基材、功率清除、低功耗、新型连接、灵活性、耐用性以及时尚的要求。

尽管一些挑战依然艰巨，但长期潜力正推动该行业探索各种可能性。他们正在为科技能够提供创造性思维所期待的东西的那一天做准备。

我们已经习惯了健身追踪器和智能手表。智能眼镜带来了更多的挑战，但也带来了很多机会。智能鞋是运动世界的一种东西。但许多人的最终目标是将智能技术嵌入服装本身或直接放置在皮肤上的物品中。除了传感器，这还包括从执行器、颜色变化表面、或为了更好的姿势而施加压力，到药物调节等等。

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。即使是健身追踪器也被视为提供了重要的初始价值，但不是持久的。由该装置引起的增益随后被搁置，该装置被丢弃。因此，一些设备可能被设计成短期的。

Atmosic Technologies公司副总裁斯里尼瓦斯•帕塔玛塔表示:“可穿戴设备必须相对低成本、轻量、适合全天佩戴。”“主题公园正在推出可穿戴设备，为游客提供更具互动性的体验。这些设备还可以实现对新冠病毒友好的做法，例如非接触式检票、锁锁和解锁储物柜，以及避免接触可能被污染的表面。”

部分问题可能是强迫使用现有技术，而不是专门为所需的任务开发技术。“我认为可穿戴设备市场提供的是自上而下的解决方案，”Nextiles首席执行官乔治•孙(George Sun)说。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。一个例子是加速度计，主要用于飞机和移动车辆，但现在小型化用于人类的计步器。这就可以通过背带、粘合剂、鞋垫、眼镜等进行反向工程连接机制。在我看来，这些解决方案在功能上是可穿戴的，但不是真正意义上的可穿戴。”

智能眼镜被视为一个高成本、高价值的潜在市场。“尽管在工程方面最难实现——主要是由于小而轻的外形因素的功率和性能考虑——增强现实(AR)可穿戴设备的未来很可能是智能眼镜，”XR和可穿戴设备高级总监科坦·沙阿说手臂．“Arm自己的消费者研究显示，58%的受访者对日常佩戴AR智能眼镜的前景持乐观态度，这包括各种用例，从沉浸式游戏和屏幕投影到导航和翻译。”

这需要技术融合。公司解决方案和生态系统高级集团总监弗兰克•施迈斯特(Frank Schirrmeister)表示:“有很多方面必须结合在一起节奏．“它需要先进的包装，先进的传感器和传感器融合技术，关注安全等问题，它必须无缝工作并提供价值。”

考虑到可穿戴设备可用的电池电量有限，这比看起来要难得多。该公司销售、营销和分销高级副总裁Shawn Slusser说:“这不仅需要考虑产品，还需要考虑系统和解决方案。英飞凌科技．

与许多此类设备一样，需要在提供过多功能而浪费能源，或增加电池寿命但最终导致系统不够复杂之间取得平衡。

一些必要的部分还不具备。“令人惊讶的是——或者有些人可能会说具有讽刺意味——限制器是技术中无聊的部分，”Nextiles的Sun说。“我们要怎么给设备充电?”设备将如何进行通信?它能通过塑料或衣服交流吗?这个设备将如何与我的衣服或身体连接?是通过另一条带子，直接嵌入衣服，还是有磁性的东西等等?”

它必须在正确的成本点上。Arm Research的杰出工程师约翰·比格斯(John Biggs)在最近的一份声明中表示:“随着超低成本微处理器在商业上变得可行，各种各样的市场都将出现有趣的用例，比如智能传感器、智能标签和智能包装。”“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发展，并通过智能生命周期跟踪来促进循环经济。就我个人而言，我认为最大的影响可能是在医疗保健领域——这项技术真的有助于构建可直接应用于皮肤的智能一次性健康监测系统。”

数据的价值
部分问题在于，许多这样的设备会产生大量数据，但你该如何处理这些数据呢?不能转化为可操作信息的数据几乎没有价值。“聪明之处在于数据的聚合，”该公司产品工程总监约翰•斯塔贝诺(John Stabenow)表示西门子EDA．“这可能不在设备中，而是在一些接收数据的应用程序中。”

这有时需要把许多不同的数据放在一起。Cadence的Schirrmeister说:“在我的一个设备中，数据是在云端传输和计算的。“它们会让你了解你是如何朝着某些目标前进的，记录你所做的事情，然后它可能会告诉你，如果你在深夜锻炼，它是否对你的睡眠有影响。”

Schirrmeister提到了Facebook的新项目Aria。“他们本质上是在关注智能眼镜，但他们是从数据的角度来看待的。他们也在考虑隐私分析。例如，他们有一些标准的例子，某人正在穿过他们的公寓，捕捉到的图像正在被渲染，它正在识别东西。像脸这样的东西可能是灰色的，但有时你可能需要这些数据。如果你对它说，‘我丢了钥匙’，它就会根据眼镜最后一次看到钥匙的位置——在客房的咖啡桌上——找出钥匙的位置。”

卫生保健
价值最高的可能是医疗保健行业，在这个行业，人们有直接的动机去穿戴必要的设备、服装、贴片等，并且建立了一个生态系统来全面分析数据。Atmosic的Pattamatta说:“可穿戴设备和其他连接设备正被用于各种医疗应用，并提供定期的、永远在线的数据，这对患者的健康至关重要。”“可穿戴医疗设备为患者和照顾他们的医务人员提供了一种简单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。可穿戴医疗设备的一个新兴用例是持续葡萄糖监测(CGM)，这是一种相对无痛的方式，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。能够使用其他设备(如智能手表)使用非侵入式传感器来跟踪血糖水平，被认为是智能手表开发人员的巨大机遇，而到目前为止，很难以足够的精度实现这一目标。

数据的准确性在可穿戴设备市场仍然是一个挑战，这反映在假阳性和阴性的数量上。英飞凌的Slusser说:“精度取决于有好的传感器。“由于错误的感知，你得到的数据很差，所以半导体的关键是提高精度。通过传感器融合，您可以结合多个传感器的输出，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。这在过去是负担不起的，但现在是了。”

这些传感器还需要能够足够快地输出数据，以便能够产生影响。西门子的Stabenow说:“无论是硬件还是数据应用，健康设备在我们的生活中都是一路走来的。”例如Oura睡眠监测环及其应用。这是将技术和用户体验相结合的一个很好的例子，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。想象一下物理治疗师的办公室环境，他们可以使用智能套装来评估患者的活动能力，并测量患者的肩部活动范围。然后医生可以开一些旨在提高活动范围的伸展和运动。该套装可以记录患者做这些动作的过程，并就如何改进提供反馈，或者如何避免将手臂和肩膀置于不正确或不利于目标的位置。”

但还有一个非技术问题。Schirrmeister说:“这是一个信任问题。“我们发现，人们通常不信任这些设备，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的诊断感到满意(见图1)。但人们对这些技术越来越有信心，因为它使他们更加方便。这是三个c——信心、便利和协作。专家们不只是相信我的设备，而是把它视为一个数据点，可以显示出需要密切关注的问题。”

图1:接受可穿戴设备诊断的人的百分比。来源:节奏

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。

织物上的电路技术已经取得了一些进展。Stabenow说:“智能面料将是一个非常狭窄和特定的空间——内置电子设备和传感器的可穿戴面料。”“最明显的应用是在健康领域，服装为数据收集提供了更广泛的机会。但可穿戴织物在很多方面远远超出了监测生命体征和血液化学等典型健康应用。”

其他人也同意。Nextile的Sun表示:“我们将不可避免地转向更灵活、更贴合的基板，以满足可穿戴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，但我们看到其他公司使用塑料、凝胶、生物膜等。我们决定追求纺织品作为我们的可穿戴载体，因为面料是我们已经穿的，从统计数据来看(有趣的事实)，我们95%的身体已经或将在任何特定时间与一块面料互动。”

Arm最近宣布成功地使用塑料作为基材。“PlasticARM将率先开发低成本、完全灵活的智能集成系统，实现‘万物互联’，包括在未来十年将超过一万亿无生命物体集成到数字世界中。拥有一款超薄、稳定、低成本、灵活的微处理器用于日常物品将揭示创新，从而带来各种研究和商业机会，”该公司表示。

要做到这一点，需要重新思考包装。Schirrmeister说道:“看看Facebook Aria的组装方式。“想想这对包装技术和传感器技术意味着什么。想想所有数据是如何连接的，然后在哪里进行处理。”

还需要新的制造技术。“我们需要为可穿戴产品重新设计缝纫机和纺织设备，”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构造方法，这些构造方法遵循行业特有的模式和架构。”

尺寸和精度对传感器很重要。Stabenow说:“传感器的尺寸将是一个问题。“准确地说，需要成百上千个传感器来收集数据。虽然MEMS小型化正在发生，但要实现小、轻、真正可穿戴，还有很长的路要走。精度将是另一个问题，大量传感器可能会克服这个问题。所有传感器都需要相互交流来创建一个网格，而且不太可能通过硬线，而是通过一些无线连接。”

一些处理可能发生在设备内部。“我们90%以上的智慧来自于软产品，而我们所说的‘集线器’或豆荚就是信使，”孙说。“它们从软件中获取信号，并通过蓝牙将信号定向到手机或电脑等本地设备上。”

Pattamatta还将新的蓝牙开发视为重要的一步。“考虑到基于标准的连接的重要性，蓝牙5.0的实现对可穿戴设备很有帮助。可穿戴设备中的蓝牙5.0通过将功耗降低5至10倍，有助于延长电池寿命。”

电力是一个关键问题。“我们的未来在于如何利用动能运动为我们的设备充电，”孙说。也就是说，如果一个设备被戴上了，它能同时通过身体的运动充电吗，比如膝盖的弯曲或手臂的运动?动能充电将是一项革命性的技术，可以帮助小型化和优化可穿戴技术。”

其他类型的能量收集也在考虑之中。“各种形式的能量收集技术是可能的，”Pattamatta说。“其中一个候选人是光伏发电。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在设备的整个生命周期内持续使用，使管理这些设备更容易、更便宜。”

但是电子产品有一个宿敌——水。“我们被反复问到材料的坚固性，”孙说。“我们能洗多少次?”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就是测试，而且是有意识地测试。这意味着要让公众参与进来，听取他们对美学、舒适性和外形因素的意见和建议，并建立直接解决这些问题的解决方案。”

结论
以手表的形式出现的可穿戴设备已经超越了能够提供足够功能的平价设备的门槛，并且在现有技术下具有实用性。智能眼镜可能已经接近这一门槛。但要实现可穿戴服装的全面普及，还需要取得重大进步，而医疗领域最有可能成为实现这一目标的先锋。但他们首先必须证明自己，而获得完全认可的医疗设备是一个漫长而昂贵的过程。用它们来补充数据收集可能是一个好的开始。