传感器、集成和电源管理的进步推动可穿戴技术的发展

摘要：“第三代”可穿戴设备将会集成更多的生物传感器，在功耗上也会有进一步的提高，其电池将会有更持久的续航能力;安全方面也在不断增强，Dialog在其针对可穿戴设备技术的解决方案中采用了加密技术，确保用户数据的安全;而且，未来的可穿戴设备将不局限于只戴于手腕上，人体的许多部位都将可佩带可穿戴设备。

引言

　　随着人们使用可穿戴健康监测器和智能设备数量的快速增加，通过这些设备来监测我们的活动与健康的想法已经深入人心。据市场分析公司CCS Insight的研究报告，可穿戴设备的销量从过去两年到2015年增长了六倍，并有望在未来三年内保持相同的增长速度，到 2018 年将超过1.7亿台(如图1所示)。

　　推动这一增长的部分原因是这些设备给重视健康的人们带来了好处，但未来的增长可能源自更多样化的用户案例。这些设备收集数据的质量已达到可满足医学专业人士要求的水平;“低调”地收集数据的方便性也很重要，但也许真正的好处尚待挖掘。关键技术领域(如传感器、通信和超低功耗工作)的持续创新正在可穿戴设备上不断得到应用，预示着更好的产品还会源源不断地出现。

可穿戴设备集成度不断提高

　　业界的共识是可穿戴设备市场正在发展演变，且“第三代”设备将由于诸多原因会吸引大量用户。这些设备的明显智能化将使它们能够根据其位置、活动或大环境而调整其工作模式。这将通过使用功能更强大的传感器来实现，从而产生更多有用数据。如今，可穿戴设备已从基于运动传感器(通常是三维加速计)的简单设备，发展成为集成了压力传感器、陀螺仪和其他传感器的设备，使其能够确定用户的活动类型。如徒步行走、跑步、骑车或游泳(如图 2所示)。这一趋势继续发展下去将包括温度传感器、湿度检测器以及心率监测器，从而在更广泛活动中获得更全面的生理数据。在不远的将来，我们的可穿戴设备将会包括更多生物传感器，从而可以连续在白天与夜晚测量和记录更多生理参数。

　　另一个潜在发展是使用音频和视频传感器，来提供更多的情境感知(context awareness)。例如，如果麦克风检测到与旅行有关的背景噪声，则其可能将设备置于监测困倦模式;而在没有环境光照的情况下，可能表明设备适合进入睡眠模式。

　　这种连续监测情景引出了一个重要的考虑事项——功耗。多数市场数据表明，设备两次充电之间的可用时间是影响消费者便捷式设备购买选择的关键因素。由于对于连续使用的需要，可穿戴设备的电池续航时间需要超出消费者的期望。这意味着除了集成更多传感器和功能，第三代可穿戴设备还需要有更好的续航能力。

　　为此，许多制造商都在寻找用于补充电池电量，甚至帮助给可穿戴设备充电的创新途径，如能量采集和无线充电(如图 3)。这两种技术的发展速度几乎与可穿戴设备市场一样快;前者使用包括光伏、热电和振动发电机等技术来提供小而适用的电能水平，而后者可提取背景或直达 RF 波中存在的能量并将其转化为电。这两种技术都显示出光明的前景，并且将来有可能在可穿戴设备市场上发挥重要作用。但目前最有可能的解决方案依然是可充电的电化学电池，这些电池尽管需要充电，但只有它们可以为采用无线连接的小型可穿戴设备提供其所需的能量密度。

更高的安全性保护用户数据

　　在消费者期望已经很高的情况下，第三代可穿戴设备需要更加无缝地融入日常生活，特别是在数据收集方面。这一直是并仍将是无线连接的主要应用;即使仍然有必要摘下可穿戴设备并将其放在平台之上、之中或附近进行充电，用户也不会愿意只是为上传数据而受此麻烦。

　　到目前为止，可穿戴设备最广泛使用的无线技术是蓝牙，具体而言是最新的低能耗(Low Energy)蓝牙技术。像开放标准无线协议的其他例子一样，安全性也是蓝牙规范不可缺少的组成部分，其最新版本(4.2)推出了一系列安全增强。然而，随着可穿戴设备从运动跟踪器发展成为医学监测器，对更高安全性的需求也在增加。对于分享敏感医学数据的解决方案，制造商和消费者对安全性都提出高要求。所以Dialog在其针对可穿戴设备技术的解决方案中采用了加密技术，确保数据即使在无线链路受到黑客入侵时仍然是安全的。

不局限于腕戴的设计

　　随着第三代可穿戴设备的出现，消费者将需要使用日益繁多的各种设备，虽然许多设备仍然会戴在手腕上，但实际上人体的许多部位都可佩戴可穿戴设备，前提是设备必须轻便小巧，不会喧宾夺主。随着集成度的上升，制造商将面临使设备变得更小更轻的挑战，但芯片提供商早就知道这一点并且未雨绸缪，纷纷推出新的解决方案。

小结

　　多功能、多传感器甚至多标准可穿戴设备将在日常生活中发挥日益重要的作用。如同物联网将自动化带给许多常见任务一样，可穿戴设备将不仅监测我们的身体健康，还将无缝地融入我们的生活，提供与物联网及更广泛世界的联系。可穿戴设备将使我们能够控制我们的周围环境，并使我们的周围环境能够适应我们的迫切需要。它们将在医疗保健和持续治疗中发挥重要作用，并最终负责执行辅助患者生活的工作。

　　通过创新和开发超低功耗集成式器件，上述目标将在更高的集成度和智能化水平下得以实现。传感器、数据处理和电源管理将集成于空前之小的封装中并具备更加强大的功能，而处于核心地位的将是来自领先半导体厂商的先进SoC技术。可穿戴设备技术将在随后几年中出现前所未有的发展演变，我们将亲眼见证这一幕。

本文来源于中国科技期刊必威娱乐平台 2016年第4期第21页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。