智能穿戴
發布時間:2018-12-13
可穿戴設備使我們能夠以前所未有的方式改善生活的方方面面。2017年可穿戴設備出貨量為1.23億件,并預估在2020年達到4.11億件。新應用帶來新的要求,耐化學性膠帶,防水膠帶應用其中...

可穿戴設備使我們能夠以前所未有的方式改善生活的方方面面,如工作效率、健康和生活方式。它們能跟蹤我們自身狀況和周圍環境,并提供相關信息,以激發我們上進心或鼓勵我們做出更好的選擇。而且,它們還可以協助實現個人連接,將“數字自我”連接到互聯網。這使我們能夠與朋友或遠程診斷專家共享信息,無論是為了好玩、征求意見和建議,還是現場醫學診斷。

因此,可穿戴設備市場的快速發展并不令人驚訝。據市場調查,2014年可穿戴設備出貨量為2,900萬件,2015年為8,500萬件。同時該公司預測,可穿戴設備市場的規模將在2016 年達到1.23億件,并在2020年達到4.11億件。

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  圖1:分析公司預測可穿戴設備市場的所有領域在未來幾年都將快速發展。

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十幾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,我們需要令人興奮的新型可穿戴設備。

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,確保以相應的方式傳遞信息。它們將開辟新的用途,例如淡化消費與醫療應用之間的界限,幫助人們在醫療專業人士的協助下管理自己的健康。這些新用途將使數據安全和用戶隱私變得更加重要。

可穿戴設備只有在人們穿戴它時才能發揮作用,穿戴的時間越長越好。因此,這些下一代設備需要提供長久的電池續航時間(亦即兩次充電之間的時間),同時需要有“低調”的外形且穿戴舒適。

數據集成和情境感知

最早的可穿戴設備是基于三維加速計的簡單計步器。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設備。這些器件使可穿戴設備能夠識別穿戴者正在參與的活動類型(如步行、跑步、爬山等),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諸如鍛煉時消耗的卡路里等參數。

可穿戴設備集成更多傳感器的這一趨勢未來幾年將會加快。特別是,我們將看到集成越來越多的運動和環境傳感器,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,而且許多消費類設備現在都提供心率測量功能。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值的皮膚電阻感應傳感器。

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  圖2:我們將看到可穿戴設備集成越來越廣泛的生物傳感器。

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,還能提高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,有助于選擇更合適的算法來處理來自加速計的輸入信息,使活動追蹤更加準確。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阻感應來測算人的壓力水平。

除了上面提到的運動、環境和生物傳感器之外,可穿戴設備還有可能增加麥克風的使用。但目的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,以便確定哪些信息對穿戴者有用,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,它能推斷出穿戴者正在坐飛機,并監測坐了多長時間,然后調整針對睡眠和鍛煉的建議,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更多有關我們及周圍環境的數據,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。但很容易想象,可穿戴設備將成為通用的接入設備,例如開家門、辦公室門和汽車門,登錄工作系統等。從而避免了忘帶鑰匙、出入證和忘記密碼帶來的麻煩。

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誰在家中,并根據此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,打開和關閉照明和供暖,并根據個人偏好進行調節,使你始終感覺舒適并節省能源。

大數據:淡化消費與醫療應用的界線

也許可穿戴設備最令人興奮的新用途是幫助人們管理自身健康。隨著生物傳感器使用數量的增加,以及其所收集數據的準確性和可靠性的提高,我們將看到消費與醫療應用領域的融合。健身和生活方式設備將從消費裝置發展到提供醫療級數據。

因此,你所收集的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,以便在癥狀出現前提前給出預警。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。這將是我們見證所謂大數據真正力量的領域。隨著可穿戴設備變得越來越常見和先進,我們將有可能整理和分析來自數百萬人積累多年的健康、健身及生活方式匿名信息。除了揭示深層的健康趨勢,這些巨大的數據集還能揭示疾病是如何發生的(所謂“超早期醫療”)。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,并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的情況下,消費者將要求最高級別的數據安全保護,而隨著消費者的消息越來越靈通,這將成為影響購買決定的關鍵因素。

數據的存儲和傳輸都必須有安全保障。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,比如藍牙低功耗(Bluetooth low energy / BLE)。如果只是追蹤人在一天中走了多少路,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,則就需要更強大的安全措施。

最新版本的藍牙標準(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(使得數據傳輸失去安全性)的風險始終存在。

因此,可穿戴設備制造商必須考慮獨立的數據加密措施,比如Dialog針對可穿戴設備的解決方案所采取的措施。即使藍牙安全協議被破解,所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財務記錄相同的安全等級。

電池續航時間

在集成更多傳感器和支持新用途方面,紐扣電池和可充電電池的有限功率給可穿戴設備制造商帶來了很大的挑戰。IDC和GMI的研究一再表明,電池續航時間已成為消費者購買電池供電式便捷產品的第一考慮因素。

目前的可穿戴設備通常提供大約7-14天的電池續航時間/充電周期。隨著設備變得更加復雜,消費者希望這個續航能力至少能夠保持,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,如果必須摘下設備進行充電或更換電池,就會抵消應用的好處,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,那么設備就無法跟蹤你的睡眠模式,從而可能錯過發現心悸狀況,而這有可能是嚴重心臟病的預警信號。

典型鋰聚合物充電電池的容量只有40 - 100 mAh。在此情況下,要為包含多個傳感器的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、通信硬件和軟件。傳感器技術在不斷進步并降低功率需求。同時,Dialog通過集應用與通信硬件于一體的藍牙低功耗SoC(例如新的SmartBond DA14680和DA14681),在系統總功耗方面不斷取得進步。由于采用創新的電源管理和RF技術,這些產品在典型藍牙事件下的電流消耗僅為1 mA左右。

 

圣杯:永不離身的可穿戴設備

可穿戴設備的終極目標是實現持續的監測。這意味著需要找到一種可為設備供電,但又無需卸下進行充電(或更換電池)的方法。兩個顯而易見的方法是能量采集和無線充電。

對于能量采集,最有潛力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,但由于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。有些制造商已經開始研究能量采集在可穿戴設備中的應用,例如Misfit與Swarovski開展合作,開發并生產出了通過太陽能供電的健康監測首飾。然而,由于我們對可穿戴設備的功能要求不斷增加,能量采集似乎很難成為始終開啟的可穿戴設備的唯一電源,而有可能充當輔助電源,幫助延長主電池的續航時間。

無線充電則更有潛力成為主電源。由于可穿戴設備需要穿戴在身上,所以最有前途的選項是松散耦合無線充電,其中RF信號在一個延伸的區域內向多個獨立設備供電,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。

  深度剖析可穿戴市場的未來發展趨勢

  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。

要想使無線充電真正成為始終開啟的可穿戴設備的主電源,則需對充電基礎設施進行重大投資。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”使其比競爭對手更有優勢。

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要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,有的人喜歡時尚些,而有的人喜歡低調些。

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,這些外形仍然將在最受歡迎的外形之列,28%的人樂意將好玩且可信賴的傳感器設備戴在手腕上。如圖5所示,未來幾年里,手腕應該仍是可穿戴設備最常穿戴的位置,但我們將看到一些不同類型的設備出現。這些設備有一點是相同的,那就是它們都具有非常小的外形。

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  圖5:雖然到2020戴在手腕上的可穿戴設備仍將是最為常見的,但許多其他類型的小型設備也將變得流行起來

為制造這些小設備,制造商需要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,最小的解決方案(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。為滿足未來對外形的要求,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來迎合上述趨勢。例如,Dialog的SmartBond DA1468x系列產品集通信、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轉換器等元件的需要,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具有幫助人們全方位改善生活的潛力。但要真正發揮這一潛力,可穿戴設備制造商需要將設備與好玩并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--從遠程醫學檢查到幫助人們進行健康的飲食選擇,再到家庭自動化等等。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在早期令人激動的增長速度,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既能擴展設備的功能,又能滿足獨特設備尺寸及功耗限制的芯片解決方案。Dialog半導體公司致力于通過其SmartBond產品系列提供這些解決方案,并擁有與業界需求演變保持同步的創新路線圖。

SmartBond DA14680和DA14681是該路線圖上的第一步。作為用于可穿戴設備、智能家居和其他充電設備的首款單芯片解決方案,它們集卓越性能、高集成度和低功耗于一體,是目前能夠幫助設計工程師開發出充電周期令用戶滿意、具備情境感知功能的完整多傳感器可穿戴設備的唯一集成式解決方案。因此,DA14680和DA14681有助于創造下一代藍牙低功耗可穿戴設備,推動這個新興市場實現其全部潛力。


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