可穿戴設備研究熱點及趨勢分析

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1 研究背景

可穿戴設備是指能夠延續性地穿戴在個人用戶身體上，或能整合到個人用戶的衣服、飾件中，并具備數據采集、處理、交互等能力的便攜式電子設備[1]。與傳統電子設備相比，可穿戴設備的便攜性和交互性更好，可以實時監測、收集數據和與平臺軟件相結合，獲得更有價值的信息。

2012 年谷歌公司發布智能眼鏡原型，引起了業界關注，此后可穿戴設備開始不斷更新和完善[2]，消費者對可穿戴設備的認知也由此開始。“互聯網女皇”瑪麗·米克爾(Mary Meeker)將2013年定為可穿戴設備元年，國際IT巨頭將可穿戴設備視為未來競爭的制高點，紛紛涉足可穿戴設備研究領域。如谷歌在開發出谷歌眼鏡后又推出了Android Wear操作系統，以健全可穿戴設備開發體系；蘋果公司推出了Apple Watch系列產品；三星公司也推出了智能手表Galaxy Gear等備受矚目的可穿戴設備，率先搶占市場[3]。業內分析師預計，到2017年，可穿戴計算設備的出貨量將從2013年的1 500萬部增長到7 000萬部。從發展趨勢來看，可穿戴計算設備或將顛覆智能手機應用，迎來一個全新的時代[4]。

2 可穿戴設備的研究熱點及趨勢分析

選用Web of Science數據庫，通過關鍵詞(TS= “Wearable device”)檢索相關文獻(檢索時間為2017年6月1日，數據限定年限是2008-2016年)，進行文獻計量分析，并結合文獻調研方法探討可穿戴設備的研究熱點及趨勢。相關數據導入Thomson Data Analyzer(TDA)軟件進行數據清洗和分析，再用可視化分析軟件進行可視化表達。TDA是美國Thomson公司開發的具有強大分析功能的文本挖掘軟件，可對文本數據進行多角度的數據挖掘和可視化全景分析[5]。VOSviewer是一款用來構建和查看文獻計量圖譜的文獻計量分析軟件，是基于文獻的共引和共被引原理的繪制各知識領域科學圖譜、分析功能全面、可視化效果優于其他同類的分析軟件[6]。

2.1 可穿戴設備研究論文的年代累計分布

自2008年以來，可穿戴醫療設備研究論文數量呈持續上升趨勢。截至2016年底，全球可穿戴設備領域累計發表2 556篇論文，說明可穿戴設備作為新的研究熱點已經引起研究機構、研究人員的重視。作為未來的新興技術，可穿戴設備必將成為下一個物聯網的發展趨勢[7]。

2.2 可穿戴設備研究論文的地區分布

從全球分布來看，可穿戴設備研究主要集中于美洲、亞洲及歐洲3個地區。這3個地區屬于全球可穿戴設備基礎研究的核心地區，以美國、韓國、中國、日本及英國為主要代表。共現分析的方法論基礎是心理學的鄰近聯系法則和知識結構及映射原則。根據該法則，兩詞間的聯系可以用同時感知到兩詞的相對頻率衡量[8]。通過國家之間的共現分析，可得到各國間的聯系程度及影響力。

中心度是社會網絡分析方法的主要指標之一，它既可反映行動者在網絡中所處的位置，又可在一定程度上反映行動者的地位和權利。中心度值越高，與該行動者相關聯的人越多，在網絡中所處的位置就越核心[9]。

利用Ucinet軟件進行中心度分析，結果顯示，美國、中國和韓國的中心度值都比較高，均處于網絡中心地帶的核心地位，帶動著整個研究網絡的交流合作。

美國、中國和韓國呈三角位于網絡圖的核心，其發文數量高，且彼此間聯系緊密，與其他國家都存在合作關系，有一定的國際影響力。

美國是可穿戴設備思想的發源國，早在20世紀60年就提出了可穿戴設備的雛形，其最具代表性的可穿戴設備當屬谷歌與蘋果公司的產品，如Google Glass、Apple Watch等[10]。在可穿戴設備研發方面，美國強調個性化[11]。

韓國電子產業作為韓國的支柱產業，可穿戴設備的發展勢頭強勁，尤其注重可穿戴技術研發創新，其代表性的可穿戴設備為三星公司旗下的智能手表Galaxy Gear 2/Fit/Neo及自主研發的曲面屏智能手表Gear S。韓國正致力于提升可穿戴設備芯片、存儲、屏幕等核心競爭力技術方面的研發能力和垂直整合能力[12]。

我國也在積極推動可穿戴設備產業發展，加大資金支持和項目研發[13]。小米、華為等企業通過推出智能手表、健康配件等產品逐步加入可穿戴設備領域，其產品功能主要分布在運動健身、醫療健康領域。但在產品的核心競爭力、配套產業鏈、生產主體及應用程度等方面，與美國、韓國有較大差距[14]。

2.3 當前可穿戴設備領域研究熱點

共詞分析是文獻計量學常用的研究方法，可以發現科學領域的學科結構[15]。首先將待研究文獻導入TDA，選擇TDA中“Keywords”字段進行分析，得到可穿戴設備研究領域高頻關鍵詞(部分)(表1)；然后利用TDA形成共詞矩陣后導入Ucinet軟件進行初步可視化處理；最后將初步生成的可視化數據導入VOSviewer軟件中進行聚類分析，得到研究熱點可視化圖。

表1 可穿戴設備研究文獻的高頻關鍵詞(部分)

在進行實際聚類分析的時侯，刪除“Devices”“System”“Wearable Devices”等部分不能表示聚類結果的詞，并嚴格地按照軟件給予的3類關鍵詞簇進行解讀。結合表1和生成的研究熱點可視化圖，綜合考慮各個關鍵詞之間的聯系和對每一簇的歸納及解讀，初步發現目前可穿戴設備領域主要有3個研究熱點。

一是以“Design”(設計)和“Fabrication”(制造)等關鍵詞為主的聚類群，代表可穿戴設備的設計理念。一個電子產品的成功與其外形設計密不可分，簡約、美觀的設計是每個電子產業公司的必要考慮條件。隨著電子信息技術的不斷進步及人們需求的轉變，可穿戴設備在未來的發展形態將會朝著更加輕便快捷的方向轉變[16]。

二是以“Sensors”(傳感器)和“Performance”(性能)等關鍵詞為主的聚類群，代表可穿戴設備的技術性能。目前用于可穿戴式設備的傳感器主要有運動感知類、環境感知類和生理參數檢測類傳感器等[17]。傳感器的主要功能是將數據輸入到可穿戴設備中去，是后續數據處理、反饋的前提。當前大多數可穿戴設備的主要發展思路是集成化設計，多種功能堆砌到一起，但功能較為單一。若應用于醫療健康領域，傳統的、單一的傳感器技術及其功能分析并不能使用戶得到專業的醫療診斷，因此研究復合新型傳感器和提高可穿戴設備的性能是未來的發展方向。

三是以“Films(薄膜)”、“carbon nanotubes”(碳納米管)、“Graphene”(石墨烯)、“electrodes”(電極)等關鍵詞為主的聚類群，代表可穿戴設備的能源儲存裝置。可穿戴設備作為可隨身攜帶的電子產品，能源儲存裝置的重要性不言而喻。超級電容器具有壽命長、高功率密度等特點，在現有的儲能裝置中具有極大的應用潛力。基于碳納米管/ MnO2納米管的混合多孔膜柔性超級電容器[18]、石墨烯和石墨烯泡沫(GF)已應用于超級電容器領域[19]。

2.4 可穿戴設備發展趨勢

盡管目前可穿戴設備功能及技術有待完善，但從目前消費者對可穿戴設備的期許和需求來看，未來的可穿戴設備將會擁有一個龐大的消費市場，可穿戴設備技術無疑會快速發展。文獻調研等方法發現，未來的發展趨勢主要集中在以下幾點。

一是獨立運行系統。當前大多數可穿戴設備都以智能手機作為載體進行數據分析整合和反饋，存在較大的局限性和不便捷性。未來可穿戴設備要實現真正的便攜性，必須要有獨立的運行系統。

二是低耗續航高集成技術。主要包括低耗高集成的傳感器技術和低耗高續航的高性能電池技術。未來可穿戴設備的高度便攜性的設計理念將決定其低功耗、高集成、高續航的特點，是未來可穿戴設備的研究重點之一。

三是人機交互技術。當前人機交互技術所采用的交互方式有觸覺交互、語音交互、動作交互以及新型交互模式——腦交互方式、眼球交互方式等[20]，可以更快捷更準確地傳遞人們的信息，不存在文化和地區之間的差異。隨著可穿戴設備技術的不斷發展，人們對可穿戴設備領域涉及的人機交互方式提出了人性化、智能化的需求。

四是大數據和云計算技術。可穿戴設備不僅要實時監測采集數據，還要對數據進行深度分析和給用戶提供有價值的建議[21]。當前大多數可穿戴設備仍處在用戶數據的簡單收集和顯示階段，缺少大數據分析和專業深度分析[22]。利用大數據及云計算技術可以在數據分析的基礎上進行專業深度分析，更有效地挖掘用戶有價值的信息，提供個性化服務[23]。

3 小結

在未來的一段時間內，可穿戴設備的發展前景依然廣闊。美國、韓國等電子科技強國將是可穿戴設備新技術的主要發源地，我國可穿戴設備產品的核心競爭力、配套產業鏈、生產主體及應用程度等方面與美國、韓國有較大差距。當前可穿戴設備的研究熱點是產品的設計理念、傳感器新技術以及能源儲存裝置技術，今后可穿戴設備的發展趨勢主要是系統的獨立性、低耗續航高集成技術、人機交互技術以及大數據以及云計算技術等。

可穿戴設備目前尚處于初步發展的階段，其設計、功能和管理等方面還有許多問題需要解決。作為一種新興技術，它必將成為下一個物聯網的發展趨勢，發展前景很好。隨著科學技術的不斷發展，可穿戴設備會更好地滿足用戶的需求，提供更為優質的服務。