可穿戴設(shè)備發(fā)展的下一步是什么？

　　它們能夠跟蹤并向我們提供我們自身及周圍環(huán)境的信息，從而激勵并幫助我們做出更好的決定。更進(jìn)一步，它們實現(xiàn)了個人(通過“數(shù)字自我”)與互聯(lián)網(wǎng)的鏈接，這使我們能夠與朋友或遠(yuǎn)距離外的醫(yī)學(xué)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(yī)療診斷。

　　因此，可穿戴設(shè)備市場的快速發(fā)展并不令人驚訝。據(jù)市場分析公司CCS Insight調(diào)查，2013年可穿戴設(shè)備出貨量為970萬單元，2014年這個數(shù)據(jù)增至了3倍，達(dá)到2,900萬單元，據(jù)預(yù)測2015年將再增加158%，達(dá)到7,500萬單元，到2018年將達(dá)到每年1.72億單元。

　　圖1：可穿戴設(shè)備市場是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域增長速度最快的。

　　(來源：CCS Insight)

　　盡管可穿戴設(shè)備市場的初期增長令人可喜，不過整體市場規(guī)模仍然相對較小，特別是與年出貨量達(dá)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(xiàn)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(shè)備。

　　這些設(shè)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(guān)的信息。它們將開辟新的用途，例如模糊消費類產(chǎn)品與醫(yī)療設(shè)備之間的界限，幫助人們更好地借助醫(yī)療專業(yè)人士來管理自己的健康。這些新應(yīng)用情境將使數(shù)據(jù)安全和用戶隱私變得更加重要。

　　可穿戴設(shè)備只有通過人們穿戴時才能發(fā)揮作用，所以穿戴時間越長越好。因此，這些下一代設(shè)備需要提供長久的電池續(xù)航時間(或延長兩次充電之間的時間)，同時需要有優(yōu)雅的外形且穿戴舒適。

　　數(shù)據(jù)集成和情境感知

　　第一種可穿戴設(shè)備是基于三維加速計的簡單步進(jìn)計數(shù)器。隨后很快就出現(xiàn)了包含壓力傳感器和陀螺儀等器件的更復(fù)雜的設(shè)備。這些器件使設(shè)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(shè)備能夠更準(zhǔn)確地測量如鍛煉時消耗的卡路里數(shù)等參數(shù)成為可能。

　　可穿戴設(shè)備集成更多傳感器的趨勢將會進(jìn)一步加速。特別是，我們將看到設(shè)備中集成越來越多運動和環(huán)境傳感器，以及新興的生物傳感器。生物傳感器現(xiàn)已應(yīng)用于獨立的可穿戴醫(yī)學(xué)監(jiān)護儀，我們也已見到了包括心率測量功能的首批消費設(shè)備。但在接下來的幾年內(nèi)，消費設(shè)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(yīng)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(shè)備中。

　　集成更多傳感器有許多優(yōu)勢，最明顯的是，可以增加設(shè)備的功能，使其能夠測量更多參數(shù)。另外，它還提高了所收集數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的算法，使活動跟蹤更加準(zhǔn)確。另外，結(jié)合來自眾多傳感器的數(shù)據(jù)使設(shè)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(shù)據(jù)和皮膚電響應(yīng)來估計人的承受壓力水平。

　　除了上面提到的運動、環(huán)境和生物傳感器之外，可穿戴設(shè)備還很有可能增加麥克風(fēng)的使用。但它的目標(biāo)不是向穿戴者提供更多信息，而是幫助設(shè)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(shè)備“聽到”噴氣式發(fā)動機的轟鳴聲，則能推斷出穿戴者正在坐飛機，并監(jiān)測坐多長時間，然后調(diào)整針對睡眠和鍛煉建議，幫助穿戴者更有效地應(yīng)對疲勞、脫水和時差反應(yīng)。

　　新用途

　　隨著可穿戴設(shè)備收集有關(guān)我們與周圍環(huán)境的更多數(shù)據(jù)，它們將日益成為我們的“數(shù)字自我”。這一點與可穿戴設(shè)備和情境感知的混聚(mash-up)相結(jié)合，為可穿戴設(shè)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(shè)備將成為通用的接入設(shè)備，例如開家門、辦公室門和車門門鎖，登錄工作系統(tǒng)。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(lǐng)域，智能娛樂系統(tǒng)能夠通過可穿戴設(shè)備檢測出來誰在家中，并根據(jù)這個人的偏好自動選擇電視頻道、音樂和音量?？纱┐髟O(shè)備能夠與房間內(nèi)各個地方的信標(biāo)進(jìn)行通信，感測人的存在，并根據(jù)個人偏好調(diào)節(jié)燈光和供暖，以及打開和關(guān)閉它們，使你始終感覺舒適并節(jié)省能源。

　　大數(shù)據(jù)：模糊消費電子與醫(yī)療電子的界線

　　也許最令人興奮的新用途是可穿戴設(shè)備幫助人們管理健康。隨著生物傳感器使用的數(shù)量增加，及其收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性提高，我們將看到消費類產(chǎn)品與醫(yī)療領(lǐng)域的融合。健身和生活方式設(shè)備將從消費噱頭發(fā)展到提供醫(yī)療級數(shù)據(jù)。

　　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(yī)生或自動醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)共享，以便在健康出現(xiàn)問題前得到預(yù)警信號。這樣人們就能在情況還不太嚴(yán)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(dāng)改變生活方式。

　　目前許多公司都在開發(fā)用于醫(yī)療服務(wù)的數(shù)據(jù)共享云基礎(chǔ)設(shè)施，可穿戴設(shè)備是這些基礎(chǔ)設(shè)施的天然伙伴。這時我們將見證所謂大數(shù)據(jù)的真正力量。隨著可穿戴設(shè)備變得越來越常見和更先進(jìn)，整理和分析來自數(shù)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(shù)據(jù)集還能揭示疾病是如何開始的(所謂“零級醫(yī)學(xué)”)。這有助于實現(xiàn)早期干預(yù)，以最大限度減小疾病所帶來的財務(wù)、社會及個人影響。

　　用戶隱私和安全

　　隨著可穿戴設(shè)備收集越來越多的敏感信息，以及逐漸成為全面的數(shù)字自我，隱私和數(shù)據(jù)安全將變得至關(guān)重要。特別是在涉及醫(yī)療數(shù)據(jù)時，消費者將要求最高級別的數(shù)據(jù)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(guān)鍵因素。

　　數(shù)據(jù)的安全在于存儲和傳輸中。第一代聯(lián)網(wǎng)可穿戴設(shè)備大多依靠其所選擇的連接技術(shù)的內(nèi)在安全協(xié)議，比如智能藍(lán)牙(Bluetooth? Smart)。如果只是跟蹤人在一天當(dāng)中走了多少路，可能這已足夠了。但如果消費者將其醫(yī)療信息托付給可穿戴設(shè)備，那么將需要更強大的安全措施。

　　最新版本的藍(lán)牙(藍(lán)牙4.2)提供更高的安全性。但由于藍(lán)牙設(shè)備的數(shù)量巨大，安全算法被黑客攻破的風(fēng)險(數(shù)據(jù)傳輸不受保護)始終是存在的。

　　因此可穿戴設(shè)備制造商必須考慮獨立的加密措施，如Dialog針對可穿戴設(shè)備的解決方案所部署的那些措施。即使藍(lán)牙安全協(xié)議被破解，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)仍然是加密的。這樣，制造商就能向消費者提供獨立于藍(lán)牙技術(shù)的端到端安全性。使可穿戴設(shè)備上的個人信息擁有與銀行的財務(wù)記錄相同水平的保護。

　　電池續(xù)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(shè)備制造商帶來了重大挑戰(zhàn)。IDC和GMI的研究已多次表明，電池續(xù)航時間已成為消費者購買電池供電式便捷式產(chǎn)品的第一考慮因素。

　　目前的可穿戴設(shè)備通常提供約7-14天的電池續(xù)航時間/充電周期。隨著設(shè)備變得更加復(fù)雜，消費者希望這個能力至少能夠保持，當(dāng)然能夠延長更好。另外，可穿戴設(shè)備的許多用途都需要進(jìn)行長時間的持續(xù)監(jiān)測，而如果必須卸除設(shè)備進(jìn)行充電或換電池，會抵消應(yīng)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(shè)備充電，那么你就無法跟蹤睡眠模式，也就錯過發(fā)現(xiàn)心悸情況，而這有可能是嚴(yán)重心臟病預(yù)警信號。

　　典型鋰聚合物充電電池的電量只有40mAh。在此預(yù)算內(nèi)為多傳感器可穿戴設(shè)備供電幾天時間，意味著需要降低系統(tǒng)所有部件的功耗，包括傳感器、系統(tǒng)和通信硬件及軟件。傳感器技術(shù)在不斷進(jìn)步并降低功耗需求。同時，Dialog通過集應(yīng)用與通信硬件于一體的Bluetooth? Smart SoC(例如新的SmartBond DA14680)，在總系統(tǒng)功耗上不斷取得進(jìn)步。由于采用創(chuàng)新的電源管理和RF技術(shù)，SmartBond DA14680在典型藍(lán)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(chuàng)建可穿戴計算設(shè)備。

　　圣杯：你永遠(yuǎn)不會卸下的可穿戴設(shè)備

　　可穿戴設(shè)備的終極目標(biāo)是實現(xiàn)持續(xù)監(jiān)測。這意味著需要找到一種可以為設(shè)備供電，但又無需卸下進(jìn)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(shù)是光伏電池和采集雜散RF信號。振動能量采集及熱電發(fā)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(shè)備中的角色，如Misfit與Swarovski開展合作，已開始生產(chǎn)太陽能供電的健康監(jiān)測首飾。但是，由于可穿戴設(shè)備需求的不斷增加，能量采集似乎很難成為始終運行的設(shè)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(xù)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(shè)備需要穿戴在身，所以最有潛質(zhì)的選項是松散耦合無線充電，其中RF信號在一個擴展區(qū)域內(nèi)向多個獨立設(shè)備充電，類似于Wi-Fi系統(tǒng)以無線方式將多個設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)相連。Dialog和Energous最近展示了針對這種系統(tǒng)的首個概念驗證結(jié)果，其充電半徑可達(dá)10米。

　　圖4：松散耦合無線充電能夠支持開發(fā)無需摘下的可穿戴設(shè)備

　　如果無線充電真的成為始終運行的可穿戴設(shè)備的主電源，則需要對充電基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行重大投資。這里Wi-Fi可作為樣板;充電系統(tǒng)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(chuàng)建更大的“充電熱點”使自己區(qū)別于競爭對手。

　　外形

　　可穿戴設(shè)備制造商面臨的另一個挑戰(zhàn)是，將所有這些功能塞進(jìn)人們喜歡并愿意連續(xù)穿戴很長時間的設(shè)備中。不同的人對可穿戴設(shè)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(shè)備外形是手環(huán)和智能手表。市場調(diào)研公司Forrester的初步市場研究表明，這些設(shè)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(shè)備戴在手腕上。其他流行的可穿戴設(shè)備選擇如圖5所示。

　　圖5：可穿戴設(shè)備有各種形狀和尺寸，不只是手環(huán)和手表

　　這表明我們將看到許多不同的設(shè)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(shè)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(yīng)用、系統(tǒng)、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(jìn)一步縮小。

　　為可穿戴設(shè)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(yīng)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(zhuǎn)換器等的需要，有助于顯著節(jié)省電路板空間。

　　準(zhǔn)備好迎接未來

　　舒適和具有高級功能的多傳感器可穿戴設(shè)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(fā)揮這一潛力，可穿戴設(shè)備制造商需要將設(shè)備與有意思且對消費者有用的服務(wù)結(jié)合起來。這些服務(wù)的可能性幾乎是無窮無盡的——從遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)檢查和幫助人們進(jìn)行健康的飲食選擇到家庭自動化等等。這些服務(wù)將鼓勵人們購買和使用可穿戴設(shè)備，推動這個年輕市場延續(xù)其早期令人矚目的增長速度，并逐漸走向成熟。

　　為實現(xiàn)這些設(shè)備和服務(wù)，可穿戴設(shè)備制造商需要采用具有擴展功能并滿足這些設(shè)備對尺寸和功耗獨特限制的芯片解決方案。Dialog半導(dǎo)體公司致力于通過其SmartBond產(chǎn)品系列提供這種解決方案，并擁有旨在與業(yè)界需求演變保持同步的創(chuàng)新路線圖。SmartBond DA14680是該路線圖上的第一步。作為用于可穿戴設(shè)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(shè)計工程師創(chuàng)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(shè)備的唯一集成式解決方案。它有助于創(chuàng)造下一代智能藍(lán)牙可穿戴設(shè)備，推動這個新興市場實現(xiàn)其全部潛力。