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可穿戴設備為我們改善生活的許多方面提供了前所未有的方式，如生產力、健康或生活方式。它們能夠跟蹤并向我們提供我們自身及周圍環境的信息，從而激勵并幫助我們做出更好的決定。更進一步，它們實現了個人（通過“數字自我”）與互聯網的鏈接，這使我們能夠與朋友或遠距離外的醫學專家共享信息，無論是為了好玩，征求意見和建議，還是即時醫療診斷。 因此，可穿戴設備市場的快速發展并不令人驚訝。據市場分析公司CCS Insight調查，2013年可穿戴設備出貨量為970萬單元，2014年這個數據增至了3倍，達到2,900萬單元，據預測2015年將再增加158%，達到7,500萬單元，到2018年將達到每年1.72億單元。 圖1：可穿戴設備市場是物聯網領域增長速度最快的。（來源：CCS Insight） 盡管可穿戴設備市場的初期增長令人可喜，不過整體市場規模仍然相對較小，特別是與年出貨量達幾十億部的智能手機市場相比。為推動該快速增長的市場實現其最大潛力，我們需要令人振奮的新型第二代和第三代可穿戴設備。 這些設備將集成更多傳感器，以便向用戶提供更多有用信息，并且具備“情境感知”（context aware）特性，以確保只傳遞相關的信息。它們將開辟新的用途，例如模糊消費類產品與醫療設備之間的界限，幫助人們更好地借助醫療專業人士來管理自己的健康。這些新應用情境將使數據安全和用戶隱私變得更加重要。 可穿戴設備只有通過人們穿戴時才能發揮作用，所以穿戴時間越長越好。因此，這些下一代設備需要提供長久的電池續航時間（或延長兩次充電之間的時間），同時需要有優雅的外形且穿戴舒適。 數據集成和情境感知 第一種可穿戴設備是基于三維加速計的簡單步進計數器。隨后很快就出現了包含壓力傳感器和陀螺儀等器件的更復雜的設備。這些器件使設備能夠識別穿戴者正在參與的活動（如步行、跑步、爬山等）的類型，并跟蹤其睡眠周期。同時，溫度和濕度傳感器使得可穿戴設備能夠更準確地測量如鍛煉時消耗的卡路里數等參數成為可能。 可穿戴設備集成更多傳感器的趨勢將會進一步加速。特別是，我們將看到設備中集成越來越多運動和環境傳感器，以及新興的生物傳感器。生物傳感器現已應用于獨立的可穿戴醫學監護儀，我們也已見到了包括心率測量功能的首批消費設備。但在接下來的幾年內，消費設備將集成更廣泛的生物傳感器，如測量血氧量、血壓和血糖水平的光譜傳感器，以及確定出汗水平和pH值的皮膚電響應傳感器。 圖2：我們將看到越來越廣泛的生物傳感器將集成到可穿戴設備中。 集成更多傳感器有許多優勢，最明顯的是，可以增加設備的功能，使其能夠測量更多參數。另外，它還提高了所收集數據的精確性。例如，使用來自其他傳感器的信息來確定穿戴者正在從事的活動類型，有助于更好的選擇用于處理加速計數據的算法，使活動跟蹤更加準確。另外，結合來自眾多傳感器的數據使設備能夠提取更多對用戶有用的信息，例如，使用心率、加速計數據和皮膚電響應來估計人的承受壓力水平。 除了上面提到的運動、環境和生物傳感器之外，可穿戴設備還很有可能增加麥克風的使用。但它的目標不是向穿戴者提供更多信息，而是幫助設備感知其使用情境，以便其確定什么信息對穿戴者有用，以及如何以最佳的方式傳送這些信息。例如，如果設備“聽到”噴氣式發動機的轟鳴聲，則能推斷出穿戴者正在坐飛機，并監測坐多長時間，然后調整針對睡眠和鍛煉建議，幫助穿戴者更有效地應對疲勞、脫水和時差反應。 新用途 隨著可穿戴設備收集有關我們與周圍環境的更多數據，它們將日益成為我們的“數字自我”。這一點與可穿戴設備和情境感知的混聚（mash-up）相結合，為可穿戴設備開辟了許多新用途。其可能性幾乎是無窮盡的。但容易想象，可穿戴設備將成為通用的接入設備，例如開家門、辦公室門和車門門鎖，登錄工作系統。不再需要更多鑰匙，也省去了記密碼或隨身攜帶出入證的麻煩。 在家庭自動化領域，智能娛樂系統能夠通過可穿戴設備檢測出來誰在家中，并根據這個人的偏好自動選擇電視頻道、音樂和音量。可穿戴設備能夠與房間內各個地方的信標進行通信，感測人的存在，并根據個人偏好調節燈光和供暖，以及打開和關閉它們，使你始終感覺舒適并節省能源。 大數據：模糊消費電子與醫療電子的界線 也許最令人興奮的新用途是可穿戴設備幫助人們管理健康。隨著生物傳感器使用的數量增加，及其收集數據的準確性和可靠性提高，我們將看到消費類產品與醫療領域的融合。健身和生活方式設備將從消費噱頭發展到提供醫療級數據。 因此，你所收集的用于跟蹤健康和運動水平的信息可與你的醫生或自動醫療監護系統共享，以便在健康出現問題前得到預警信號。這樣人們就能在情況還不太嚴重、更易于實施和更有可能成功的時候，及早尋求治療或適當改變生活方式。 目前許多公司都在開發用于醫療服務的數據共享云基礎設施，可穿戴設備是這些基礎設施的天然伙伴。這時我們將見證所謂大數據的真正力量。隨著可穿戴設備變得越來越常見和更先進，整理和分析來自數百萬人積累的多年健康、健身及生活方式信息將成為可能。除了揭示健康趨勢，這些巨大的數據集還能揭示疾病是如何開始的（所謂“零級醫學”）。這有助于實現早期干預，以最大限度減小疾病所帶來的財務、社會及個人影響。 用戶隱私和安全 隨著可穿戴設備收集越來越多的敏感信息，以及逐漸成為全面的數字自我，隱私和數據安全將變得至關重要。特別是在涉及醫療數據時，消費者將要求最高級別的數據安全措施，而隨著消費者信息不斷普及，這將成為影響購買決定的關鍵因素。 數據的安全在于存儲和傳輸中。第一代聯網可穿戴設備大多依靠其所選擇的連接技術的內在安全協議，比如智能藍牙（Bluetooth? Smart）。如果只是跟蹤人在一天當中走了多少路，可能這已足夠了。但如果消費者將其醫療信息托付給可穿戴設備，那么將需要更強大的安全措施。 最新版本的藍牙（藍牙4.2）提供更高的安全性。但由于藍牙設備的數量巨大，安全算法被黑客攻破的風險（數據傳輸不受保護）始終是存在的。 因此可穿戴設備制造商必須考慮獨立的加密措施，如Dialog針對可穿戴設備的解決方案所部署的那些措施。即使藍牙安全協議被破 解，傳輸的數據仍然是加密的。這樣，制造商就能向消費者提供獨立于藍牙技術的端到端安全性。使可穿戴設備上的個人信息擁有與銀行的財務記錄相同水平的保護。 電池續航時間 在集成更多傳感器和支持新用途方面，鈕扣電池和可充電電池有限的功率，給可穿戴設備制造商帶來了重大挑戰。IDC和GMI的研究已多次表明，電池續航時間已成為消費者購買電池供電式便捷式產品的第一考慮因素。 目前的可穿戴設備通常提供約7-14天的電池續航時間/充電周期。隨著設備變得更加復雜，消費者希望這個能力至少能夠保持，當然能夠延長更好。另外，可穿戴設備的許多用途都需要進行長時間的持續監測，而如果必須卸除設備進行充電或換電池，會抵消應用的好處，從而減小它們對消費者的吸引力。例如，如果你必須在晚上對設備充電，那么你就無法跟蹤睡眠模式，也就錯過發現心悸情況，而這有可能是嚴重心臟病預警信號。 典型鋰聚合物充電電池的電量只有40mAh。在此預算內為多傳感器可穿戴設備供電幾天時間，意味著需要降低系統所有部件的功耗，包括傳感器、系統和通信硬件及軟件。傳感器技術在不斷進步并降低功耗需求。同時，Dialog通過集應用與通信硬件于一體的Bluetooth Smart SoC（例如新的SmartBond DA14680），在總系統功耗上不斷取得進步。由于采用創新的電源管理和RF技術，SmartBond DA14680在典型藍牙事件下的電流消耗僅為1 mA。 圖3：Dialog的SmartBond DA14680是一款“可穿戴芯片”（wearable-on-chip）SoC，只需增加傳感器、電源和幾個外圍元件，就可用于快速而可靠地創建可穿戴計算設備。 圣杯：你永遠不會卸下的可穿戴設備 可穿戴設備的終極目標是實現持續監測。這意味著需要找到一種可以為設備供電，但又無需卸下進行充電（或換電池）的方法。兩個顯而易見的選項是能量采集和無線充電。 對于能量采集，最有可能的候選技術是光伏電池和采集雜散RF信號。振動能量采集及熱電發電也是可能的，但人類動作的頻率及人體四周的溫差是有限的，這意味著其潛力非常有限。有些制造商已開始研究能量采集在可穿戴設備中的角色，如Misfit與Swarovski開展合作，已開始生產太陽能供電的健康監測首飾。但是，由于可穿戴設備需求的不斷增加，能量采集似乎很難成為始終運行的設備的唯一電源。能量采集可能成為輔助電源，幫助延長原電池的續航時間。 無線充電則具有更大的作為主電源的潛力。由于可穿戴設備需要穿戴在身，所以最有潛質的選項是松散耦合無線充電，其中RF信號在一個擴展區域內向多個獨立設備充電，類似于Wi-Fi系統以無線方式將多個設備與互聯網相連。Dialog和Energous最近展示了針對這種系統的首個概念驗證結果，其充電半徑可達10米。 圖4：松散耦合無線充電能夠支持開發無需摘下的可穿戴設備 如果無線充電真的成為始終運行的可穿戴設備的主電源，則需要對充電基礎設施進行重大投資。這里Wi-Fi可作為樣板；充電系統可安裝在家中和工作場所，而咖啡店、機場、酒店等可通過為顧客創建更大的“充電熱點”使自己區別于競爭對手。 外形 可穿戴設備制造商面臨的另一個挑戰是，將所有這些功能塞進人們喜歡并愿意連續穿戴很長時間的設備中。不同的人對可穿戴設備的外觀偏好有所不同，有些人喜歡時尚些，而有些人喜歡樸素些。 目前，最常見的可穿戴設備外形是手環和智能手表。市場調研公司Forrester的初步市場研究表明，這些設備將仍然在最受歡迎的外形之列，28%的人樂意將有意思且可信賴的傳感器設備戴在手腕上。其他流行的可穿戴設備選擇如圖5所示。 圖5：可穿戴設備有各種形狀和尺寸，不只是手環和手表 這表明我們將看到許多不同的設備類型，但它們有一點是相同的：非常小的外形。 為制造這些小設備，制造商需要采用集成度更高的硬件解決方案；SoC解決方案以單一封裝提供了所有應用、系統、安全和個人連接功能。目前，最小解決方案（在單個模塊中包含了一個SoC和所有必要的無源器件）的尺寸約為3.5 x 3.5 mm。為滿足未來的外形需求，這些解決方案的尺寸需要進一步縮小。 為可穿戴設備制造商提供元件的IC公司，能夠通過增加其IC解決方案中集成的功能，幫助推動這一尺寸縮小的趨勢。例如，Dialog的SmartBond DA14680集通信、應用處理、傳感中樞和電源管理功能于一體。這消除了對外圍電池充電器、電量計、DC/DC轉換器等的需要，有助于顯著節省電路板空間。 準備好迎接未來 舒適和具有高級功能的多傳感器可穿戴設備，在幫助人們多方面改善生活上具有巨大潛力。但要真正發揮這一潛力，可穿戴設備制造商需要將設備與有意思且對消費者有用的服務結合起來。這些服務的可能性幾乎是無窮無盡的——從遠程醫學檢查和幫助人們進行健康的飲食選擇到家庭自動化等等。這些服務將鼓勵人們購買和使用可穿戴設備，推動這個年輕市場延續其早期令人矚目的增長速度，并逐漸走向成熟。 為實現這些設備和服務，可穿戴設備制造商需要采用具有擴展功能并滿足這些設備對尺寸和功耗獨特限制的芯片解決方案。Dialog半導體公司致力于通過其SmartBond產品系列提供這種解決方案，并擁有旨在與業界需求演變保持同步的創新路線圖。SmartBond DA14680是該路線圖上的第一步。作為用于可穿戴設備的首款單芯片解決方案，SmartBond DA14680提供卓越的性能、高集成度和低功耗。它是目前能夠幫助設計工程師創造出充電周期令用戶滿意、具備情境感知多傳感器的完整的可穿戴設備的唯一集成式解決方案。它有助于創造下一代智能藍牙可穿戴設備，推動這個新興市場實現其全部潛力。 |
