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作者：Robert Huntley 在工程師的眼里人體是一項 杰作，它可以承受瞬間升高的溫度、刺骨的寒風，可以暴露在水中，承受擦傷和劇烈運動。人類的身體適應了我們對于冒險的追求，適應了我們對在不斷變化的氣候和環(huán)境中生存的渴望。 無論什么樣的冒險者——無論他是超級馬拉松運動員、高山攀登者，還是石油鉆井平臺上的工作的深海潛水員——人類的努力無不令人驚嘆。通過人類的思維我們發(fā)明了一系列技術來支持我們每一步的行動，拯救生命，利用我們所知的可穿戴設備來每時每刻的監(jiān)控我們的身體狀況。 在本文中我們將介紹可穿戴設備是如何經(jīng)受住我們身體嚴酷考驗的，以及這些設計時如何快速調整，從而保證無論我們想去哪里或者需要去哪里，我們的技術都能與我們同在。 可穿戴技術的發(fā)展史 盡管科技在過去20年間飛速發(fā)展，但可穿戴技術的發(fā)展要比大家想象的要早得多，比如眼鏡是在1286年發(fā)明的。維多利亞人（以愛發(fā)明著稱）在19世紀設計了一頂裝有空調的大禮帽，還在1890年設計了一件用電照明的連衣裙。但直到20世紀可穿戴技術才真正變得成熟。 飛利浦公司和李維斯公司在2000年合作創(chuàng)造了“ICD+”品牌，這是一款外套，內(nèi)部設計了很多有線接口可以用來連接一系列的便攜式電子設備。中央控制模塊（CCM）連接所有設備，能夠讓穿戴者在手機、MP3以及耳機之間進行切換，從而控制它們各自的功能。在人體出汗的時候這件外套要能夠經(jīng)受住從內(nèi)到外的溫度變化，從而提供降溫效果。在天氣波動的時候外套也要能夠感受溫度的變化，雖然不太可能有人把這種產(chǎn)品推銷給珠峰的登山者，但這樣的設計才能確保產(chǎn)品既實用又時尚。 如今可穿戴設備已經(jīng)無處不在，預計到2020年可穿戴設備的銷量將超過1.7億。每次我們將Fitbit智能手表戴在手腕上或者佩戴Apple Watch時，我們都在要求這項技術能跟隨我們到任何地方，經(jīng)受住我們所做的事情，在人類和電子工程史上從沒涉及的地方發(fā)揮作用。設計師不僅要確保他們的設備能夠正常工作，還要確保在極端環(huán)境下也能夠正常運行。 干旱的地區(qū) 每個星期都有關于人類挑戰(zhàn)極限的報道，在這個星球上沒有什么比酷熱和嚴寒更折磨人的了。加州的死亡之谷是世界上最熱的地方，1913年溫度甚至達到了56.7℃，這超出了人類生存的極限。現(xiàn)在該地區(qū)夏天經(jīng)常保持的溫度是47℃，但是我們?nèi)祟悰Q定挑戰(zhàn)自己，在這一地區(qū)舉辦了被稱為“世界上最艱難比賽”的惡水超級馬拉松（Badwater Ultramarathon），這無疑不讓人振奮，在這段217公里的賽程中很少有人能夠跑完全程，記錄上顯示最快的選手在35小時內(nèi)跑完了全程。令人驚訝的是在這30年的比賽中沒有人在這條賽道上喪生，但是它仍然被視為耐力和生存能力的終極考驗之一。 參賽的選手都有工作人員提供安全保障，提供水和醫(yī)療救援，跑步者不僅要在這種極端的挑戰(zhàn)中生存下來，佩戴的技術也要過關，汗水、沙子、壓力和酷熱都為制造商提供了測試可穿戴設備的終極環(huán)境。同樣科學家們將參賽者作為研究對象來了解人類耐力的極限——比如2008年的一項研究觀察了運動員的水分循環(huán)。 從工業(yè)設計的角度來看，面臨的挑戰(zhàn)是保持可穿戴設備的形式和功能，使其不能夠太重、體積不要太大、用戶操作不復雜，而且能夠很好的展現(xiàn)其用途。即使是步數(shù)計數(shù)器這樣簡單的任務，工程師也要確保設備屏幕在明亮的陽光下可以看得清，確保表帶不會被灰塵顆粒侵蝕，確保按鈕即使有汗水和污垢的情況下正常工作。一款復雜的電子可穿戴設備需要足夠堅固，防止灰塵和汗水進入內(nèi)部，要做到這些事情不能妨礙運動員的注意力。 日常工作 當然不僅僅是超級運動員會讓他們的身體和設備承受壓力，人們每天上下班都要佩戴可穿戴設備，行走一萬步，每天都要和同事們在一起，這些都給他們的身體和可穿戴設備帶來了壓力。 想想看我們每天帶著Fitbit智能手表洗碗或者上廁所后洗手，我們一天會把水濺到手上好多次，工程師們都會知道這一點，因此即使那些聲稱不完全防水的產(chǎn)品，我們也要努力創(chuàng)造一定程度的防水功能。 我們的香水、潤膚水、護手霜和化妝品都會導致污垢積聚，影響可穿戴設備的傳感器。把手伸進櫥柜、接孩子或者用吸塵器打掃家務，這些都會讓我們的手腕受到碰撞，也就會讓我們的可穿戴設備受到震動。當我們進行體育運動，在一場網(wǎng)球比賽或健身課上揮汗如雨時，我們要確保健康追蹤器要必須強健耐用才能夠適應我們的生活方式。考慮到現(xiàn)在大多數(shù)健身追蹤器都包括心率監(jiān)測，讓一個光電二極管探測器和發(fā)光二極管（LED）組件靠近身體時，沒有灰塵和汗水是非常重要的，當然這只是工程師面臨眾多微小挑戰(zhàn)之一。 我們的身體是一臺極端的機器 那些在極端環(huán)境下工作的人需要依靠科技來保證安全并且監(jiān)控他們的身體健康，空軍飛行員、深海潛水員以及在阿拉斯加工作的科學家都會使用專門的設備，保證他們的身體能夠在這些極端環(huán)境下生存，例如飛行員每天都會經(jīng)歷加速度和重力，這些因素都需要可穿戴設備來監(jiān)測對身體的影響。 美國國家航空航天局（NASA）和軍事研究人員確切地知道我們的器官能夠承受多大的加速度，他們發(fā)現(xiàn)14g的橫向加速度對于身體內(nèi)部來說太大了，這些專家通過測試極限來確定人類耐力的極限。 例如作為正常的航空旅客我們?nèi)匀粚ξ覀兊纳眢w充滿期待，我們的技術能夠幫助我們應對幾小時內(nèi)不斷變化的壓力、溫度和位置變化，讓我們能夠安全的從加利福尼亞舊金山飛到紐約。 雖然已經(jīng)證明大多數(shù)人將無法承受高溫（身體過熱），在極端潮濕或60℃的環(huán)境中超過十分鐘就可能造成死亡，此外因寒冷造成的死亡也很難劃定，當一個人的身體溫度下降到-21℃時就會死亡，但是需要多長時間達到這一點取決于幾個因素，比如這個人是否習慣了很冷的環(huán)境等。 我們這些在最寒冷城市生活和工作的人，比如阿拉斯加的費爾班克斯，已經(jīng)制定了應對機制，并且有基本的生活和工作保障設備。這里最低溫度可達到-27℃，費爾班克斯的氣候對人體和技術可靠性充滿了挑戰(zhàn)。電子設備在這種寒冷的氣候條件下也很難正常工作：例如Fitbit智能手表的最低使用環(huán)境是-20°F，然而因為它與我們的身體緊密接觸，所以這類電子設備的溫度要比外面環(huán)境的溫度要高一些。 為了讓人們能夠在這樣極端的環(huán)境下工作和生活，工程師們設計了一系列的傳感器用來監(jiān)測穿戴者的體溫，隨時提醒佩戴者可能出現(xiàn)的任何危險變化，這些傳感器被設計用于在最惡劣的環(huán)境下工作，保護可穿戴者的頭部、手、身體和腳部的溫度。 在一位電子工程師來看要讓這些傳感器蓬勃發(fā)展即使是可穿戴設備的電池也需要定制化設計，從而可以應對這些極端的溫度，因為一些電池在低于-30℃的環(huán)境下會停止工作，大多數(shù)的LED顯示屏也有特定的操作溫度范圍，這些組件都需要工程師們特別關注。當我們?nèi)祟愒诟咛魬?zhàn)的環(huán)境中工作時，可穿戴設備的工程師也要做到隨時對設備進行更新。 這些組件也有不同的消費版本，包括為遠足者和登山者準備的保暖衣物（采用電池供電），確保他們在探險期間的舒適和安全。然而這些短途旅行者需要攜帶多塊電池來保證溫暖，如果必須是一次輕型的旅行，那么這些額外的設備可能就是負擔！重要的是旅行結束后探險者一定要注意不要把所有的衣服和可穿戴設備都交給洗衣店，這種疏忽是廠商不愿看到的，網(wǎng)上有很多關于用戶在不小心洗澡后想要恢復健康追蹤器、智能手機和藍牙耳機的建議。 我們?nèi)祟愒谧非竺半U的過程中，在征服地球上一些最不適宜居住的地方的過程中，似乎并沒有表現(xiàn)出任何放慢腳步的跡象。運動員不斷挑戰(zhàn)人體極限，發(fā)現(xiàn)人類能夠跑多快。能夠跑多遠，能夠跳多高等，只有通過可穿戴技術的出現(xiàn)才能夠通過不斷反饋來監(jiān)測這些活動。 體育領域的技術 在美式足球中技術的進步使得運動員的安全得到提高，銳步（Reebok）和科技公司MC10發(fā)布了一項創(chuàng)新技術，可以在比賽中測量球員被擊中（或被攔截）的力量，這種監(jiān)測可以讓隊醫(yī)提前知道球員是否需要檢查腦震蕩，內(nèi)置傳感器可以承受很大的壓力，同時確保職業(yè)運動員能夠安全的繼續(xù)比賽。 全球定位系統(tǒng)（GPS）追蹤器可以安裝在運動員的衣服中，從而可以實時提供美國國家橄欖球聯(lián)盟（NFL）球員的速度、平衡、加速度和運動的相關信息，傳感器還可以監(jiān)測軟組織受傷的早期跡象，為教練和醫(yī)護人員提供實時信息，從而確保球員在發(fā)生更嚴重受傷之前被替換，這些傳感器和設備必須是輕量型且不引人注目的，而且還要能夠承受運動員在激烈的60分鐘比賽中所經(jīng)歷的汗水、運動、沖擊和摩擦的影響。 但是不僅僅是職業(yè)運動員要想采集這類信息，隨著技術的突破還將會采集更多的信息，跑步愛好者現(xiàn)在可以在襪子和跑步鞋中安裝傳感器，作為跟蹤他們跑步技術的最新方式。當連接到智能手機上時這些數(shù)據(jù)可以顯示跑步者的腳是如何著地的，從而使他或她能夠更具速度和身體安全作出一定的調整。此外還能夠采集速度、距離等，人體工程學使跑步比以往任何時候都成為一門科學，通過設計這些傳感器還可以讓跑步者在人行道、小路和跑道上行走時追蹤對腳步的沖擊還有出汗的情況。 可穿戴設備的未來 那么可穿戴技術的未來在哪里呢？對于未來技術和消費者需求的判斷并不總是那么完美，但是很明顯我們對監(jiān)測、記錄和追蹤我們每一個動作的需求并沒有任何放緩的跡象，除了跟蹤運動和體重的變化，未來有一天我們的訓練設備會將運動轉化為能量來驅動內(nèi)部傳感器，可以讓我們的鞋子保持涼爽或者溫暖，我們還可以戴上隱形眼鏡，不用打開筆記本電腦就可以查看日歷，安排每天的生活，無論人類未來走向何方，可以肯定的是可穿戴設備都是未來發(fā)展的趨勢。 關鍵的幾點： 1、雖然不是傳統(tǒng)意義上所說的惡劣環(huán)境，但是人體必需能夠極端的溫度、沖擊和暴露在外面的環(huán)境中。 2、無論我們身處何處可穿戴設備中的敏感元件必須能夠與我們身體所處的環(huán)境保持同步。 3、可穿戴設備迅速變得無處不在——健身帶成為最受歡迎的設備，在我們鍛煉期間和之后它會向我們展示體能、身體相關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。 4、作為人類我們可以在一些具有挑戰(zhàn)性和極端的環(huán)境中生存，然而我們的身體會產(chǎn)生汗水、高負荷運動以及一些護膚品（防曬霜等）都會影響可穿戴設備的使用，如果沒有考慮到這些方面可能會造成設備失靈。 5、在某些情況下人體也會保護可穿戴設備，比如設備工作的外部溫度限制是-20℃，但是借助體溫在-30℃環(huán)境下也可以正常工作。 總結 羅伯特 • 亨特利（Robert Huntley）是一名獲得HND認證的工程師，同時也是一名技術作者，他在電信、導航系統(tǒng)和嵌入式應用方面有著豐富的經(jīng)驗，他負責為貿(mào)澤電子公司撰寫各類技術和實用文章。 文章來源：貿(mào)澤電子 |
