基于技術成熟的可穿戴設備發展分析

張千彧

摘要：可穿戴設備是21世紀電子信息與人工智能技術發展的產物，其技術及產品的成熟必須歷經科學的演變過程。本文分類剖析現階段技術和產品的局限性，從把握技術節奏、構建獨立體系、突破人機交互、重造市場契合等角度，闡述可穿戴設備的困境突破的方向和路徑，尤其需要人機交互和人工智能的技術方面的突破。

關鍵詞：可穿戴設備;人工智能;人機交互;技術

中圖分類號：TP368.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.06.006

文章編號：1006-1959（2019）06-0016-04

Abstract：Wearable devices are the product of the development of electronic information and artificial intelligence technology in the 21st century. The maturity of their technology and products must undergo a scientific evolution. This paper analyzes the limitations of current technology and products， and discusses the direction and path of the breakthrough of wearable devices from the perspectives of grasping the technical rhythm， building an independent system， breaking through human-computer interaction， and re-establishing the market fit. In particular， human-computer interaction is required and technical breakthroughs in artificial intelligence.

Key words：Wearable device;Artificial intelligence;Human-computer interaction;Technology

現代社會劃時代產品的涌現以IT技術為主流，譬如電報、電話、手機、電腦等，進入21世紀后，當智能手機完成了重構人與信息交互的場景和時間習慣之后，可穿戴設備便躍出臺面，作為一種更激進的概念乃至于更先進的產品進入社會和人類生活。從出現到現在短短不到十年，可穿戴設備從到熾手可熱到處境尷尬，其間有什么樣的障礙或不足，面臨怎樣的未來和前景，我們很有必要對其中的科學規律做一研討。

1概念和應用

從當前而言，可穿戴設備的定義不夠完整，僅僅能從廣義特征上進行描述：可穿戴設備是可直接穿在身上或整合到衣服或用品上甚至附著或植入人體，通過以硬件為基礎的數據交互、以軟件為支持的人工智能、以云端交互來實現強大功能的系統[1]。另外，對可穿戴設備的應用價值上尚不完全清晰，也只能從前景預言可穿戴設備未來會對我們的生活、感知帶來巨大的轉變[2]。正是對這一新生事物的認知尚不準確和深入，可穿戴設備的技術演變和產品成熟不僅需要時間同時需要歷經階段。

2技術萌芽與產品困境

可穿戴設備起源是有其現實意義的，其出現和發展會對我們的生活方式、衛生保健、健康感知帶來前所未有的轉變，甚至有人認為可穿戴設備是智能醫療的突破口，能從巨大的醫療市場分得可觀的收益。從2012～2016這五年間可穿戴設備迅速成為智能終端產業的熱點，相關投資極其活躍，各類企業如雨后春筍般推出了各式各樣的可穿戴設備，讓市場空前繁榮[3]。在這一時期，隨著商業宣傳及媒體大肆的報道，可穿戴產品無處不在，體驗人群的數量呈幾何指數增長。2017年以后可穿戴設備雖然仍維持著一定格局，也有眾多專家和投資者預測不可估量的市場規模和美好的未來，但我們不得不看到自以谷歌眼鏡為代表的“智能可穿戴設備元年”到諸多期待卻未有新貴的2018年，可穿戴設備依然停留在智能手表、智能眼鏡和智能耳機的初級階段停滯不前，消費市場也遠達不到預期，可穿戴設備進入困境和低谷不可否認[4]。

現代社會任何產品的研發、生產和消費都必須依靠先進技術保障和產品成熟度的支持，否則在經歷過高期望和泡沫化的峰值后必將進入低谷期，可穿戴設備正在進行這樣的循環過程。

縱觀技術和產品現狀，可穿戴設備產業原始推動力來自運動健康需求，在幾乎所有成型的可穿戴設備中，包括Watch類（包含以手為支撐的手表和手環等），Shoes類（包含以腿為支撐的鞋、襪子或者佩戴品等），Glass類（包含以頭部為支撐的眼鏡、頭盔、頭帶等），以及智能服裝、書包、拐杖、配飾等非主流形態產品，運動和健康功能不可或缺[5]。概念的實現必須以技術作為支撐，就眼下而言，從技術支撐的角度分析可穿戴設備存在的問題卻被忽略或回避。我們可以把現市場已經出現的可穿戴設備以用途特點劃分為四類，從不同的應用場景下對其技術局限性進行分析：

2.1醫療管理類? 此場景應用應屬于科技含量最高的情形，把可穿戴設備用于慢性病管理，通過臨床信息的快捷采集、實時監測來提高健康管理水平。體征信號監測是運動健康類設備支柱性功能，包括心電、血壓、脈搏、血氧、運動、體脂、體溫、呼吸率、血糖監測等，而且越來越多的體征指標采集設計客觀上的確能擴展可穿戴設備的功能與價值，然而對高新傳感器、模擬混合信號處理及相應的數字處理算法、功耗支持、系統可靠性保證等要求，無一不是對可穿戴設備前景與生命力的挑戰[6]。①可穿戴醫療類設備無獨立運行環境的先天條件決定了信息采集的方式必須與臨床診療標準一致，否則將無法對接優質醫療資源;②可穿戴設備的低功耗要求提高了采集技術的門檻，絕大部分生理或疾病信號難以獲取;③無創獲取慢性病評判指標技術尚無突破，諸多理念停留在臆想階段，產品價值大打折扣。總而言之，不能達到準臨床標準是可穿戴設備實現醫療與健康應用的瓶頸。

2.2安全監護類? 此應用場景的價值點關注中國進入了老齡化社會，可穿戴設備能為子女提供便捷的手段監管老年人的生活，特別是能對危險狀況做出預警。這種可穿戴設備的機理是除了監測老年人的關鍵生命體征外，對身體的物理位置進行跟蹤和定位以尋找走失老人或者提示老人可能跌倒的情況[7]。這類設備除了存在醫療管理類的不足外，還有兩個重要缺陷：①設備穩定性不足，不準確的數據就不能獲得使用者的信任;②現有技術無法區分環境數據和生理體征數據，離開環境談對老人的監護只會讓用戶體驗變差。

2.3信息娛樂類? VR眼鏡是這類可穿戴設備的代表，借助微電腦及傳感器技術，實現VR方式下人機交互。這種需求是非剛性的，而且絕大部分功能被手機或其他手段替代，所以這種功能的產品在可穿戴設備中一直淪為“雞肋”地位。

2.4運動健身類? 可以說在運動健身領域的應用曾激發了可穿戴設備的市場熱情，以輕量化的手表、手環、配飾為支撐，實現運動如心率、步行數或戶外數據（例如海拔、氣壓、潛水深度等指標）的監測、分析及管理服務[8]。但這類功能是以藍牙連接的手機或其他終端的便攜式外設實現，應用價值正在被手機取代。從某種意義上講，智能手機倒成為目前應用范圍最廣、科技與市場結合度最高、功能最為強大的可穿戴設備。

除此之外，各類可穿戴設備的使用所帶來的隱私保護問題日益嚴重[9]。可穿戴設備獲得的個人數據量越多，隱私信息被泄露的風險就越大，因為在大量個人生活和健康數據中潛在著大量的經濟與政治利益，尤其是在大數據時代，其中隱藏的社會問題遠遠超過以往。

3軌跡與突破

盡管眼下的可穿戴設備發展身處困境和進入低谷期，但把可穿戴設備的發展方向歸結為可深刻地影響著人類的生產和生活方式的論調一點都不夸張，可穿戴設備一定會迎來穩步爬升的光明期[10]。在發展的軌跡上，應致力實現三個瓶頸問題的突破。

3.1把握技術節奏? 可穿戴設備所依賴的科技在計算機和工業界一直都備受關注，但受技術復雜、高性能低功耗處理芯片、數據標準不統一、造價成本高等客觀條件的限制，大部分相關設備停留在概念領域，少數走向商用化的設備，也基本停留在低級階段，簡單而言單純為追求醫療或保健作用而制造可穿戴設備的技術目前尚不成熟[11]。

從技術節奏角度，可穿戴設備的市場成熟至少要經歷三個階段：①日用品升級：這一階段的目標是解決人體自身需求，設備從最初的以心臟監測、運動檢測和呼吸監控為主的手表、手環，到后來的毛絨玩具藍牙音箱、單雙耳自由切換的藍牙耳機、充當電子名片的智能戒指等，設計思路和解決方案都是在最常見的日用消費品上附加AI功能[12]。②物聯網輔助：人類社會進入智能化后，可穿戴設備除了解決人體自身的健康運動需求外，同時能為人與物之間建立接口和通路，包括智能家居、無人駕駛汽車、智慧城市，輔助日常的生活及出行，可穿戴設備將承擔“助理”角色[13]。③人體不可或缺的組成部分：這一階段的特征是可實現人體感官拓展，借助于可穿戴設備代償人體器官功能，增強理解能力及提升記憶容量，構建不同語言體系之間的無障礙交流，強化視覺、聽覺、味覺等人體的感官功能[14]。

3.2構建獨立體系? 可穿戴設備的技術進步一定是在經歷了前一個階段的穩定和成熟之后方可啟動下一個階段的發展，技術難題的背后往往是利益的博弈。市面大多數智能手環或非通話型手表產品必須與手機的聯接方可使用，可穿戴血壓心電設備的設計理念均寄希望于與專業醫療機構的對接，但受制于利益分配的矛盾可穿戴設備的活度受到相當擠壓。愛立信消費行為實驗室2016年的調查數據表面，30%以上的使用者在購買幾周內便棄用設備，主要原因是受限制的使用功能、非獨立使用、缺少內置專門聯網等。由此可見，可穿戴設備使用場景非專業化、不聚焦，成為其繼續增長的一大掣肘[15]。構建獨立運行系統，破除利益障礙，是可穿戴設備成長的必經之路。另外，獨立的運行系統，才能保障客戶安全，這也是可穿戴設備的生命線。

3.3突破人機交互? 穿戴設備本身所包含的智能和穿戴兩個基本概念的實質是達到便捷化和高度的人機交互問題。當前階段可穿戴設備的價值瓶頸在于，人機交互的方式無法實現從界面操作交互到人機體感交互的轉變，人向機器的表達既不充分也不準確。真正的人機體感交互可以在人的肢體或器官直接與數字設備及環境之間形成閉環反饋通路，人可以隨心所欲地操控設備。人機交互技術的發展有賴于穿戴或者植入的人體微傳感器的創新，方能有效地將人體內環境與人工硬件及外界環境聯接和結合，實現人與智能設備之間的體感交互[16]。

3.4重造產品與市場契合? 市場是檢驗技術和產品的唯一標準，解決人類發展和現實社會的剛性需求是可穿戴設備的愿景和出路，從優勢和特色上可穿戴設備可以有兩個發展方向。①以工程學優勢開辟醫療新市場。現階段人類社會面臨的主要問題是疾病和人口老齡的問題，這對可穿戴設備的吸引如若磁石。目前可穿戴醫療設備看起來能用于健康監測，但實際上絕大多數都承擔的是極其淺顯的健康管家角色，與智能醫療的實質相距甚遠，只有向醫療靠攏才會有市場甚至迎來爆發點，但若選擇基于醫院、醫生接受而融入醫療生態，等同于放棄自身優勢參與競爭[17]。另辟蹊徑立足可穿戴設備的工程學及AI優勢，倒可能事半功倍[18]。比如Seismic“超級套裝”的設計就是幫助患者扔掉拐杖;特溫特大學和內梅亨大學醫學中心的科學家們正在研發激光鞋，讓遭遇“凍結步態”的帕金森患者能夠自由移動。這些可穿戴設備在不遠的未來是爆發式的，但完全可以繞開與醫療數據的互通互認的關口。②特殊行業和人群對可穿戴設備的需求屬于剛性，其中可包含滿足未來人類發展的需求。比如，哈工大的學者研發穿戴式外骨骼，能將信息、傳感、控制融為人機一體的“鋼鐵俠”，操作者穿戴這種裝置就把機器的力量與人的智力完美結合，完成人體自身無法企及的任務;以色列Autotalks公司推出B2V產品，可應用于智能駕駛領域，以人車一體的效果實現大腦操控汽車或摩托車，旨在駕駛環境更舒適，降低事故發生率[19]。由此可見，將可穿戴設備的未來定位為“勞動工具”和“人力延伸”是其價值提升的重要思路。

4成熟與發展

可穿戴設備是科技服務于人類的又一壯舉，然而穿戴設備的發展無法獨立完成。從傳統和現實意義而言，可穿戴設備的發展依賴于多元學科的發展和多領域技術的不斷成熟，最主要的支撐來自人機交互和人工智能兩個方向[20]。Gartner 公司在2016年發布的人機交互技術成熟度曲線，就把可穿戴設備作為技術成熟中的重要標志性節點，見圖1。Gartner公司于2017年發布的未來10年人工智能度曲線，涉及70%的技術與可穿戴設備有關，見圖2。

總之，可穿戴設備的發展雖然存在著不少的困難，但我們有理由相信，隨著人機交換與人工智能等技術的不斷成熟，可穿戴設備的春天一定來到。

參考文獻：

[1]丙宸.植入設備：掀起你的皮膚來[J].科學之友，2014（9）：10-18.

[2]許媛.可穿戴設備市場現狀與趨勢分析[J].無線互聯科技，2014（7）：190.

[3]江洪，張曉丹.國內外智能可穿戴設備行業狀況淺析[J].新材料產業，2016（12）：2-7.

[4]王可.可穿戴設備想象與技術間差距[J].集成電路應用，2015（5）：34-36.

[5]王猛.WM移動電源創業計劃[D].廈門大學，2014.

[6]高軼.支持衛星定位的生命體征采集及無線傳輸系統[D].中國醫科大學，2011.

[7]孔超.適用于老年群體的可穿戴設備的設計研究[J].大眾文藝，2014（8）：64.

[8]封順天.可穿戴設備發展現狀及趨勢[J].信息通信技術，2014（3）：52-57.

[9]何曉琳.健康醫療可穿戴設備數據安全與隱私保護問題研究[D].清華大學醫學部，2017.

[10]譚雅文，曹桓.可穿戴設備蓬勃興起背后的驅動力和應對策略探析[J].互聯網天地，2015（5）：34-37.

[11]秦欽，李濰，朱松盛，等.可穿戴設備的現狀及未來發展方向[J].南京醫科大學學報（自然科學版），2017，37（2）：149-153，230.

[12]陳家旭，李桂欣，胡文軍.一種便攜式物件防丟失系統設計[J].湖州師范學院學報，2018，264（4）：39-43.

[13]毛彤，周開宇.可穿戴設備綜合分析及建議[J].電信科學，2014，30（10）：134-142.

[14]石用伍.可穿戴醫療設備的研究進展[J].醫療裝備，2018，31（5）：193-195.

[15]劉思言.可穿戴智能設備市場和技術發展研究[J].現代電信科技，2014（6）：20-23，28.

[16]馮志全.面向智能電視應用的交互情景事件感知算法研究[D].濟南大學，2016.

[17]喬靜，胡紅濮.可穿戴設備研究熱點及趨勢分析[J].中華醫學圖書情報雜志，2017，26（11）：49-52.

[18]毛彤，周開宇.可穿戴設備綜合分析及建議[J].電信科學，2014（10）：134-142.

[19]楊銳，楊會敏.基于人機工程學的汽車座椅設計研究[J].城市建設理論研究（電子版），2015（13）：2403-2404.

[20]李天魁，茍銳.可穿戴產品設計趨勢研究[J].設計，2016（13）：58-61.

收稿日期：2018-11-30;修回日期：2018-12-10

編輯/王海靜