可穿戴計算技術及其應用的新發(fā)展
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圖3 依次為柔性觸摸顯式、可穿戴投影顯示和頭戴音視覺顯示
2.3 老年人生活輔助
可穿戴計算從誕生之日起，其目的之一便是人體局部功能增強與輔助，伴隨著隨著社會老齡化問題的日益突出，老年人的生活輔助特別是夠長期在自己熟悉的環(huán)境中盡可能長時間有尊嚴的生活，已經成為一個國際上的研究重點，歐盟耗資4 000多萬歐元開展了WearIT@work[7]項目，于2009年結束，歷時5年，以及第七框架支持的AAL JP項目(總經費7億歐元，2008～2013年)將可穿戴計算支持的AAL(ambient assisted living)作為核心研究內容之一，在此基礎上典型的應用包括智能家居[15]、老年人日?；顒颖O(jiān)測及跌倒報警等。
3.1 可穿戴計算系統(tǒng)的摩擦性、耐受性和排異性
由于人和可穿戴系統(tǒng)或裝置在物理空間上的貼近，使人更容易受到一些來自于不合理性人因設計(如尺寸、形態(tài)、重量、材料、穿戴部位)等方面的負面影響，從而引起摩擦性和耐受性問題;此外，系統(tǒng)運作時會產生一定的輻射、熱量、噪聲、振動等，這也可能引發(fā)耐受性問題，造成惡劣的用戶體驗(如clumsy和obstructive等)[16]，另外潛意識的抗拒和排斥，對于植入式電子裝置而言則存在排異性問題。這些因素使得傳統(tǒng)的基于靜態(tài)模型的人因分析[17]方法不能很好地適應可穿戴性研究問題，需要構建適合可穿戴計算的新形態(tài)基礎平臺結構、開發(fā)新型傳感電路材料、分析研究典型任務場景等動態(tài)評估模型，以解決可穿戴計算的可用性問題。圖4所示為荷蘭Xsens Technologies公司的MVN BIOMECH系統(tǒng)，可用于穿戴性及舒適性評估。
圖4 運動狀態(tài)下的可穿戴性問題及舒適性評估
3.2 人體供電模式
可穿戴計算系統(tǒng)作為一種移動終端，電源是保障“續(xù)航能力”和可穿戴性的關鍵，目前主要采取低功耗設計及配置高性能電池等相關的供電方法。但這至今仍是一個挑戰(zhàn)性的課題，行走發(fā)電、基于衣物的太陽能發(fā)電、基于織物的柔性平面電池等都是重要的發(fā)展方向，最近《Narure》上QIN，Y等人撰文，稱可采取一種特殊纖維織物，使得人們的日?；顒又校w維互相摩擦產生電能為便攜設備供電[18]。
3.3 可穿戴群體智能與社區(qū)
在可穿戴計算的感知增強、智能增強、體能增強和環(huán)境增強支持下，使得人能夠更加積極和理性的參與社會化組織的合作和競爭關系中去，引發(fā)更大量和頻繁的“人—人”、“人—群組”和“群組—環(huán)境”非線性相互作用，將促進具有典型“整體涌現(xiàn)性”、“自發(fā)性”和“自下而上”特征的可穿戴群體智能(wearable based swarm intelligent)的出現(xiàn)。因此探索該智能形式影響下新形態(tài)的社會組織方式和結構，研究實現(xiàn)個人行為識別和挖掘、人機閉環(huán)中的信息增益策略，維護可穿戴群體智能的涌現(xiàn)性基礎;研究基于可穿戴社區(qū)等創(chuàng)新組織結構，構建復雜適應系統(tǒng)，提高復雜任務執(zhí)行能力和開放環(huán)境應對能力等具有重要的現(xiàn)實意義。如英國蘭卡斯特大學Gerd Kortuem等人提出的可穿戴社區(qū)[19]概念等，如圖5所示。
圖5 可穿戴社區(qū)模式下的“人—人”、“人—群組”交互協(xié)同
3.4 身體傳感網絡及可穿戴傳感系統(tǒng)
身體傳感網絡與可穿戴傳感系統(tǒng)，是可穿戴計算領域的重要研究方向，主要支持對人的感知能力的增強、環(huán)境增強、個人參數獲取和自然人機交互，這需要從底層建立支持富傳感特征的可穿戴計算體系構架和網絡。目前在身體傳感網絡(body sensor network和body area network)研究領域，很多研究依賴于IEEE 802.15.4/Zigbee，IEEE 802.11，Bluetooth，GPRS和ANT等標準來連接感知各種人體生理和行為狀態(tài)的微節(jié)點，組建身體域內(intrabody)和身體域外(out-body)的數據通信網絡[20]。國際BSN通信標準IEEE 802.15.6也正在制定中。面對生理和行為狀態(tài)感知的多源異構傳感數據匯聚、計算處理和傳輸通信需求[21]，以及運動人體帶來的動態(tài)網絡拓撲[22]、信道競爭[23]、體內信號衰減[24]等挑戰(zhàn)，需要探索新的身體傳感網絡層次體系結構、超低功耗及高可靠組網通信和信息流模型方法。
另外，可穿戴計算的隱私和安全問題、可穿戴生理計算和可穿戴機器人(wearable robot)等也是當前可穿戴計算領域的熱點方向。
圍繞可穿戴計算新興方向和未來趨勢開展研究，符合《國家中長期科學和技術發(fā)展綱要(2006—2020)》中“前沿技術一信息技術”的發(fā)展規(guī)劃，將應對下一代移動無線通信、物聯(lián)網、云計算、生物計算，乃至納米計算和DNA計算等相關前沿方向對個人域計算系統(tǒng)和技術提出的需求和挑戰(zhàn)，為新形態(tài)和新模式移動個人計算終端和系統(tǒng)提供支撐理論和關鍵技術，可縮小我國在可穿戴計算領域與世界主要發(fā)達國家之間日益增大的差距，具有重要的學術和應用研究價值。
4 可穿戴計算的新發(fā)展趨勢及產業(yè)化前景
近年來，可穿戴計算領域的研究范疇不斷得到擴展和充實，已成為國際計算機學術領域穩(wěn)定的前沿研究方向，逐步產生了一些重要的核心理論和關鍵技術，重要的研究成果不斷涌現(xiàn)，主要可概括為以下方面：
1)自然、和諧的新形態(tài)可穿戴計算機及人機接口。
早期可穿戴計算系統(tǒng)主要基于集中式主機和外圍交互、傳感和電源等裝置實現(xiàn)。國外Quantum，VIA，Xybernaut，Symbol等企業(yè)和美國CMU大學等先后推出了一系列采用集中式結構的可穿戴計算機產品，依次如圖6所示;2000年國內也推出了可穿戴計算機樣機Netdaily I，受到包括中央電視臺在內的國內媒體的廣泛關注和報道。如圖7所示。
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