可穿戴设备产品开发设计研究

    韩郭阳

    摘要：可穿戴设备是智能设备，可被放进衣服里或者穿戴于人体。实际上可穿戴设备的定义随不同发展时期而不同。随时佩戴在人体上的设备可成为更加自然的互联网入口。技术瓶颈的突破促进可穿戴设备更好地解决生活实际问题、提高生活情趣和效率。

    关键词：可穿戴 产品设计 交互性

    引言

    人体的各个部位都存在相应的可穿戴产品。产品的类型也越来越丰富。手环和手表最常见，同时也有眼镜、饰品等，目前出现了led外套等可穿于身上的电子织物，未来的可穿戴产品可能发展处嵌入皮肤的电路文身，甚至隐形眼镜也可以成为可穿戴设备。科学与技术的进步势不可挡，可穿戴设备将逐渐拥有非常理想的效果，采集数据会更加具有实时性，在—种自然的状态下服务于用户务。

    一、可穿戴设备的发展

    身体是一个接口，人类依靠身体与外界进行交互。交互式系统被穿在人体之上即让人更方便地获得数据。可穿戴设备越来越轻薄无感，甚至可以说是化作了身体的一部分，这不得不说是非常令人激动的。电子技术日益发展，成为实现可穿戴产品多样化的重要条件。

    成为人们日常工作学习与生活的一部分是可穿戴设备兴起的一个开始，但其依然有很多方面可以被挖掘。随身的很多技术在过去10.15年里发生了显著的改变。可以期待的是在未来十年中，人体上或者衣物里的可穿戴技术取得巨大进步的同时亦获得长足发展。

    可穿戴设备现有的产品与服务更多地集中在强身健体的运动数据记录与分析方面，运在健康医疗和娱乐等领域也有不少应用。通过一块表或一条腕带计量步数、分析运动状态、观察心率、监测久坐与睡眠等已经成为很多人的生活习惯。可以预见的是未来可穿戴硬件技术与软件技术在军事、智能家居等领域会随着市场需求日渐扩大而得以更广泛的应用。数量与种类繁多的可穿戴设备产品将在市场崭露头角。

    最近一两年智能可穿戴的发展势头正盛，但可穿戴设备最早产生于20世纪六七十年代，那时是在赌场中被利用。促使其出现的一部分原因是提高赌博成功概率。可穿戴的产品或设备，发展历经数个阶段。

    （一）20世纪60-70年代。爱德华.索普（Edward O.Thorp）是麻省理工学院数学教授。1961年，他将依靠自己的可穿戴计算机在赌局中提升44%的胜率并在轮盘赌上作弊这一事件记录在第二版《赌博指南》（Beat theDealer）中。

    这个时期的几款可穿戴设备都是运用在赌场的。虽然事实上这些设备对提升胜率没有明显作用，但促进了可穿戴设备的萌芽。萌芽期的这些可穿戴的设备外观比较质朴，计算方面的能力也较为有限。但是，将旨在提高赌博胜率的可穿戴计算机放入随身衣物不失为独特的令人感到新奇的行为。

    （二）20世纪70-80年代。第一款拥有内置计算器的手表在1975年12月被推出，叫作PuIsar。作为第一款计算机手表，其智能化受到公众市场的欢迎。1981年，史蒂夫.曼恩（Steve Mann）做了出一件可穿戴的操作设备，他给带有钢架的背包安装了计算机。其中搭载的是6502芯片。这款设备用于更方便地控制摄影设备。内容出现在相机取景器上，其中取景器事先被组装在头盔上。

    现在可穿戴设备的产品原型正是这些初期可穿戴设备。这些产品为之后的可穿戴设备的进步提供了坚实的基础，让智能运动手表、智能运动手環和头戴式摄影机器等都成为可能。另外，这几款设备的出现，让更多的人对可穿戴设备有了更进一步的认识，这对可穿戴设备后来的进步也很重要。

    （三）20世纪末.21世纪初。1994年，也是背负式计算机被发明的13年后，首款可穿戴无线网络摄像头被史蒂夫.曼恩打造出来，可以不断上传图片。此时可穿戴设备进入了联网的时代。

    首款蓝牙耳机于2000年诞生，便捷的使用方式令其风靡至今。2002年，Xybernaut公司参加了国际消费类电子产品展览会（CES）。在此过程中，Pomapc头戴式显示设备得以亮相。此产品运行windowsCE操作系统，并且显示器是VGA辨率的。同时，128MHz的SH-4处理器也在配备之列。

    将运动融入可穿戴设备这方面，一些品牌做出了贡献。2006年耐克和苹果一起设计研发了一款设备，使用者可以用自己的iPod同步运动数据。

    Fitbit公司的第一款产品在2008年9月才上市。这款产品即FitbitClassic。该产品可以将芯片夹测量计随身携带，方式为夹在随身衣物任一部位。设备科将一天之内多种数据记录保存。用户使用设备即可对自身健康有更加全面的了解。数据项包含运动路程长度、步数和具体消耗了多少热量（单位：cal），并且显示身体活跃时间。

    可穿戴被广泛应用在运动方面正是因这两款运动可穿戴设备的出现引起的时尚风潮。此后出现的运动手环、手表，在功能对这两款设备亦多有借鉴。可穿戴设备外观在这个时期已变得较为小巧，穿戴在身上十分轻松，功能也越来越贴近实际需要。由此，运动方面的可穿戴产品在市场上成为主流，引领时尚的同时也促进使用者形成更加健康的生活方式。

    （四）2012年至今。2012年出现了一款叫作Pebble的智能手表。这款手表在某网站的募捐金额达到了1000万美元。正式上市时间为2013年2月。Pebble支持Android系统和iOS系统，并采用电子墨水显示屏技术。设备会给予用户有关来电显示或者短信的提示。另外，一些与健康或运动相关的手机应用软件也可以在设备上。Pebble销量非常不俗，正说明了公众对于可穿戴设备的十分喜爱。同样在2012年，谷歌眼镜也被评为最佳发明之一。谷歌眼镜和智能手机一样拥有很多功能，同时可“增强现实”。用户可以拿谷歌眼镜进行上网和处理文字信息等活动，同时视频通话和声控拍照的功能也十分便捷。

    智能手环的时代由2011年发布的JawboneUP开启。这样的手环在记录用户日常活动数据的同时，也可对睡眠和饮食等多项数据实现手机的数据同步。采用3.5mm的耳机插头充电。众多运动爱好者也十分青睐于这款产品富有科技感的时尚外形。Jawbone在2013年升级了手环产品，名为Jawbone UP24。与上一代比起来，最大的不同之处为蓝牙无线同步，这一改变很大程度地提升了用户感受。从有线到无线，手环的实时连接被实现了。

    2012年可穿戴设备产品方兴未艾。此后很多产品迭代速度变快，尤其在2013、2014这两年。其他很多的优秀可穿戴产品也让可穿戴设备更加成为一种风尚。越来越多的普通人可以选择适于自己的可穿戴设备。2014年10月29日，普华永道发布了一项报告。据报告称，很早就发展起可穿戴设备的美国，大约21%的人使用可穿戴设备。

    二、可穿戴设备存在的问题

    可穿戴技术的进步是快速的。然而在可穿戴设备产品市场还是存在一些问题。目前的市场之中各个品牌的可穿戴产品在性能与造型上大同小异。功耗较大的问题依然存在。此外，还有用户黏度不足、穿戴不够“无感”、外观不够时尚等问题。不成熟的产业链、售后各项服务的不充足和不够强的用户习惯，是这些问题产生的原因。但是，可穿戴产业在不断完善，可穿戴电子技术也促进了硬件和软件的进步。种种问题最终会渐渐得以解决。

    三、可穿戴设备的硬件软件

    虽然可穿戴设备从20世纪60年代萌芽后经历了很长时间的停滞期和成长期，直到2012年可穿戴终端市场才开始活跃，但是目前发展势头十分良好，产品日益多样化，迭代速度也在加快。出现目前的势头并非只是偶然，更多的是靠多种因素的推动。科技、产业、消费者需求等因素综合起来促进了现在的结果。

    硬件技术与移动设备上的软件，在智能手机飞速发展数年的推动下，得到了长足的发展。作为智能移动设备的扩展和延伸，可穿戴设备产品的软件和硬件均学习了智能手机的长处。在此前提下，近几年内出现的很多为可穿戴设备专门设计的基础硬件和操作系统更是本着减小功耗、提高性能等原则，逐步提高了可穿戴设备的质量。逐渐也出现了一些整体解决方案与开发平台。

    （一）硬件层面。根据可穿戴设备对性能和功耗的要求不同，可穿戴主芯片可分为微控制单元（Micro Control unit，MCU）和应用处理器（Application Processor，AP）两种。MCU的主力提供商ARM原有按性能从低到高分为cortex-MO到Cortex-M7芯片。2012年3月，ARM更是针对可穿戴设备推出较Corter-M0更低功耗、高性能的Cortex-MO+，带动了一大批低功耗手环的出现。至于AP，已不在只是使用智能手机常见的高通骁龙系列和MTK芯片。北京君正集成电路股份有限公司T2013年3月针对可穿戴设备退出了定制AP JZ4775。台湾联发科技股份有限公司（Media Tek，MTK）在2014年6月推出了穿戴式AsterSoC等。这些都推动了更优化的可穿戴方案与产品的产生。

    在智能手机上的广泛应用，微机电系统（MEMS）在2010年后进入了迅速发展期。传感器的感知能力也因为新MEMS传感器的出现而进一步的提升。如心率、血氧等传感器。MEMS微型传感器具有精度高、成本低、微型等长处，可以被很好地应用在可穿戴设备上。可穿戴设备的崛起离不开坚实的硬件基础。硬件进步的重要一环恰是MEMS传感器的快速发展。

    （二）软件层面。可穿戴终端中应用最普遍的无线连接技术为2012年升级的蓝牙4.0。其低功耗的蓝牙模式可明显让设备待机时长变久。此外，蓝牙最大的劣势也因2014年11月发布的蓝牙4.2标准得到改良。蓝牙4.2支持主动联网且距离远、传输速率快和主动联网等都是wi-Fi具有的优点。但同时也有功耗较高的缺点。2014年6月，比原有方案功耗减少一大半的SIMpleLink wi-Fi被德州仪器（T1）推出，商用后可将一些低功耗的蓝牙终端替代。

    习以为常的交互方式如触碰、点按，在没有屏幕或者只有很小屏的可穿戴设备上十分不合适。若要带给用户更好的体验，语言、眼球、图像等更便捷的识别交互方式是更好的选择。这些交互方式可以很大程度地解放双手。2011年年底，苹果公司推出了Siri。这让语音识别技术更普遍地为人所知。中国有云知声与科大讯飞等迅速跟进，且具备明显的本土优势。2013年年底出现的“出门问问”，可以弥补谷歌语音搜索服务Google Now无法在中國内地使用所造成的服务缺失。眼球、图像等交互方式出现时间不长，技术也不够成熟，但却为可穿戴设备未来更自然的交互方式奠定了良好的基础。

    2014年3月，三星将推出了更省电的Tizen系统，并将其应用到可穿戴设备中；同月，Google也发布了专为可穿戴设备定制的操作系统AndriodWea。这些操作系统一定程度上将可穿戴设备操作系统市场规范化了。再加上在可穿戴设备应用广泛的RTOS（实时操作系统）和剪裁版Android，基于不同的产品定位，可穿戴设备厂商也可选择更加适用的操作系统。在此基础上，可穿戴设备厂商还可以打造对应的生态系统，从而更快地推出可穿戴产品。

    （三）硬件与软件。只有有关产业的发展较为充分并且应用较为成熟，可穿戴设备的潜力才能更深入地被挖掘。有关产业覆盖应用的解决方案，以及核心器件、管件技术。管件器件大体分为几类：1.电池2.传感器：加速度计、环境传感器、运动传感器等3.芯片：wi-Fi芯片、NFC芯片、GPS芯片等4.柔性元件5.屏幕。等等。核心技术以及应用解决方案大致有：1.整体解决方案2.交互模式革新3.无线连接解决方案。等等。

    作为智能产品领域中的新兴产品，可穿戴设备产品对整体解决方案的标准不低。很多技术和解决方案与手机或平板这些发展时间较长的产品的类似技术有较明显的不同，包括：1.显示技术2.传感器3.功耗低的连接技术4.处理器5.人机交互技术6.整体解决方案。等等。

    在可穿戴领域，操作系统是硬件解决系统之外的更加影响用户体验的部分。各类技术与各项硬件的发展进程与成熟程度不同，但在可穿戴领域中所有软件硬件的发展都会促进可穿戴产品种类的繁荣。成熟的技术、丰富的解决方案为可穿戴市场稳定的先决因素。

    四、未来可穿戴设备发展趋势

    （一）更小巧的尺寸，更轻薄贴身。除了将可穿戴设备做到几乎不被人感知的理想状态，未来的可穿戴芯片甚至可能植入到人的皮肤中，变成一个轻巧的文身。

    （二）变革交互方式，更好地解放双手。弱化触摸、点控等操作，而是以声控、手势、眼球等更多、更先进的方式实现人与设备之间的交互。

    （三）更精确与更丰富的传感器。传感器是产品功能差异化的重要硬件。在多样化传感器更精确记录各项数据的基础上，对数据更合理的分析和应用可创造更好的增值服务。

    （四）随时在线，实时连接

    技术瓶颈总是不断地突破，可穿戴设备也将会向独立设备的方向发展，最后成为互联网的重要入口之一。这样便可以令设备更好地和云端交互，并提供实时服务。

    （五）强大的抗干扰能力。可穿戴设备随时随地收集用户数据，因此也需要具有更强的环境适应性。优秀可穿戴设备应提供更高级别的防尘防水能力。此外，更高的耐久度、抗电磁干扰等特质也是被广泛关注的。

    （六）发放互通，突破设备鸿沟。用户在同时拥有几款可穿戴设备的情况下，分辨在每一个设备上观察数据会十分不便。各有差异的可穿戴设备之间突破壁垒，让信息开放互通，成为未来可穿戴设备的发展趋向。

    结语

    可穿戴设备的发展趋势是尺寸轻便小巧且贴身而舒适。随着硬件性能的提升与软件效率的提高，可穿戴设备也渐渐会成为—种强大的互联网入口，方便用户实时联网。由此，使用者将通过可穿戴设备而具有更强的捕捉信息的能力，与此同时得到更多更有效的数据。更加实时、简洁和迅捷的信息传递和交互也是让人们真正体会智能生活的必要条件之一。