可穿戴设备发展的下一步是什么？

可穿戴设备为我们改善生活的许多方面提供了前所未有的方式，如生产力、健康或生活方式。它们能够跟踪并向我们提供我们自身及周围环境的信息，从而激励并帮助我们做出更好的决定。更进一步，它们实现了个人（通过“数字自我”）与互联网的链接，这使我们能够与朋友或远距离外的医学专家共享信息，无论是为了好玩，征求意见和建议，还是即时医疗诊断。

因此，可穿戴设备市场的快速发展并不令人惊讶。据市场分析公司CCS Insight调查，2013年可穿戴设备出货量为970万单元，2014年这个数据增至了3倍，达到2,900万单元，据预测2015年将再增加158%，达到7,500万单元，到2018年将达到每年1.72亿单元。


图1：可穿戴设备市场是物联网领域增长速度最快的。（来源：CCS Insight）

尽管可穿戴设备市场的初期增长令人可喜，不过整体市场规模仍然相对较小，特别是与年出货量达几十亿部的智能手机市场相比。为推动该快速增长的市场实现其最大潜力，我们需要令人振奋的新型第二代和第三代可穿戴设备。

这些设备将集成更多传感器，以便向用户提供更多有用信息，并且具备“情境感知”（context aware）特性，以确保只传递相关的信息。它们将开辟新的用途，例如模糊消费类产品与医疗设备之间的界限，帮助人们更好地借助医疗专业人士来管理自己的健康。这些新应用情境将使数据安全和用户隐私变得更加重要。

可穿戴设备只有通过人们穿戴时才能发挥作用，所以穿戴时间越长越好。因此，这些下一代设备需要提供长久的电池续航时间（或延长两次充电之间的时间），同时需要有优雅的外形且穿戴舒适。

数据集成和情境感知

第一种可穿戴设备是基于三维加速计的简单步进计数器。随后很快就出现了包含压力传感器和陀螺仪等器件的更复杂的设备。这些器件使设备能够识别穿戴者正在参与的活动（如步行、跑步、爬山等）的类型，并跟踪其睡眠周期。同时，温度和湿度传感器使得可穿戴设备能够更准确地测量如锻炼时消耗的卡路里数等参数成为可能。

可穿戴设备集成更多传感器的趋势将会进一步加速。特别是，我们将看到设备中集成越来越多运动和环境传感器，以及新兴的生物传感器。生物传感器现已应用于独立的可穿戴医学监护仪，我们也已见到了包括心率测量功能的首批消费设备。但在接下来的几年内，消费设备将集成更广泛的生物传感器，如测量血氧量、血压和血糖水平的光谱传感器，以及确定出汗水平和pH值的皮肤电响应传感器。


图2：我们将看到越来越广泛的生物传感器将集成到可穿戴设备中。

集成更多传感器有许多优势，最明显的是，可以增加设备的功能，使其能够测量更多参数。另外，它还提高了所收集数据的精确性。例如，使用来自其他传感器的信息来确定穿戴者正在从事的活动类型，有助于更好的选择用于处理加速计数据的算法，使活动跟踪更加准确。另外，结合来自众多传感器的数据使设备能够提取更多对用户有用的信息，例如，使用心率、加速计数据和皮肤电响应来估计人的承受压力水平。

除了上面提到的运动、环境和生物传感器之外，可穿戴设备还很有可能增加麦克风的使用。但它的目标不是向穿戴者提供更多信息，而是帮助设备感知其使用情境，以便其确定什么信息对穿戴者有用，以及如何以最佳的方式传送这些信息。例如，如果设备“听到”喷气式发动机的轰鸣声，则能推断出穿戴者正在坐飞机，并监测坐多长时间，然后调整针对睡眠和锻炼建议，帮助穿戴者更有效地应对疲劳、脱水和时差反应。

新用途

随着可穿戴设备收集有关我们与周围环境的更多数据，它们将日益成为我们的“数字自我”。这一点与可穿戴设备和情境感知的混聚（mash-up）相结合，为可穿戴设备开辟了许多新用途。其可能性几乎是无穷尽的。但容易想象，可穿戴设备将成为通用的接入设备，例如开家门、办公室门和车门门锁，登录工作系统。不再需要更多钥匙，也省去了记密码或随身携带出入证的麻烦。

在家庭自动化领域，智能娱乐系统能够通过可穿戴设备检测出来谁在家中，并根据这个人的偏好自动选择电视频道、音乐和音量。可穿戴设备能够与房间内各个地方的信标进行通信，感测人的存在，并根据个人偏好调节灯光和供暖，以及打开和关闭它们，使你始终感觉舒适并节省能源。

大数据：模糊消费电子与医疗电子的界线

也许最令人兴奋的新用途是可穿戴设备帮助人们管理健康。随着生物传感器使用的数量增加，及其收集数据的准确性和可靠性提高，我们将看到消费类产品与医疗领域的融合。健身和生活方式设备将从消费噱头发展到提供医疗级数据。

因此，你所收集的用于跟踪健康和运动水平的信息可与你的医生或自动医疗监护系统共享，以便在健康出现问题前得到预警信号。这样人们就能在情况还不太严重、更易于实施和更有可能成功的时候，及早寻求治疗或适当改变生活方式。

目前许多公司都在开发用于医疗服务的数据共享云基础设施，可穿戴设备是这些基础设施的天然伙伴。这时我们将见证所谓大数据的真正力量。随着可穿戴设备变得越来越常见和更先进，整理和分析来自数百万人积累的多年健康、健身及生活方式信息将成为可能。除了揭示健康趋势，这些巨大的数据集还能揭示疾病是如何开始的（所谓“零级医学”）。这有助于实现早期干预，以最大限度减小疾病所带来的财务、社会及个人影响。

用户隐私和安全

随着可穿戴设备收集越来越多的敏感信息，以及逐渐成为全面的数字自我，隐私和数据安全将变得至关重要。特别是在涉及医疗数据时，消费者将要求最高级别的数据安全措施，而随着消费者信息不断普及，这将成为影响购买决定的关键因素。

数据的安全在于存储和传输中。第一代联网可穿戴设备大多依靠其所选择的连接技术的内在安全协议，比如智能蓝牙（Bluetooth? Smart）。如果只是跟踪人在一天当中走了多少路，可能这已足够了。但如果消费者将其医疗信息托付给可穿戴设备，那么将需要更强大的安全措施。

最新版本的蓝牙（蓝牙4.2）提供更高的安全性。但由于蓝牙设备的数量巨大，安全算法被黑客攻破的风险（数据传输不受保护）始终是存在的。

因此可穿戴设备制造商必须考虑独立的加密措施，如Dialog针对可穿戴设备的解决方案所部署的那些措施。即使蓝牙安全协议被破 解，传输的数据仍然是加密的。这样，制造商就能向消费者提供独立于蓝牙技术的端到端安全性。使可穿戴设备上的个人信息拥有与银行的财务记录相同水平的保护。

电池续航时间

在集成更多传感器和支持新用途方面，钮扣电池和可充电电池有限的功率，给可穿戴设备制造商带来了重大挑战。IDC和GMI的研究已多次表明，电池续航时间已成为消费者购买电池供电式便捷式产品的第一考虑因素。

目前的可穿戴设备通常提供约7-14天的电池续航时间/充电周期。随着设备变得更加复杂，消费者希望这个能力至少能够保持，当然能够延长更好。另外，可穿戴设备的许多用途都需要进行长时间的持续监测，而如果必须卸除设备进行充电或换电池，会抵消应用的好处，从而减小它们对消费者的吸引力。例如，如果你必须在晚上对设备充电，那么你就无法跟踪睡眠模式，也就错过发现心悸情况，而这有可能是严重心脏病预警信号。

典型锂聚合物充电电池的电量只有40mAh。在此预算内为多传感器可穿戴设备供电几天时间，意味着需要降低系统所有部件的功耗，包括传感器、系统和通信硬件及软件。传感器技术在不断进步并降低功耗需求。同时，Dialog通过集应用与通信硬件于一体的Bluetooth Smart SoC（例如新的SmartBond DA14680），在总系统功耗上不断取得进步。由于采用创新的电源管理和RF技术，SmartBond DA14680在典型蓝牙事件下的电流消耗仅为1 mA。


图3：Dialog的SmartBond DA14680是一款“可穿戴芯片”（wearable-on-chip）SoC，只需增加传感器、电源和几个外围元件，就可用于快速而可靠地创建可穿戴计算设备。

圣杯：你永远不会卸下的可穿戴设备

可穿戴设备的终极目标是实现持续监测。这意味着需要找到一种可以为设备供电，但又无需卸下进行充电（或换电池）的方法。两个显而易见的选项是能量采集和无线充电。

对于能量采集，最有可能的候选技术是光伏电池和采集杂散RF信号。振动能量采集及热电发电也是可能的，但人类动作的频率及人体四周的温差是有限的，这意味着其潜力非常有限。有些制造商已开始研究能量采集在可穿戴设备中的角色，如Misfit与Swarovski开展合作，已开始生产太阳能供电的健康监测首饰。但是，由于可穿戴设备需求的不断增加，能量采集似乎很难成为始终运行的设备的唯一电源。能量采集可能成为辅助电源，帮助延长原电池的续航时间。

无线充电则具有更大的作为主电源的潜力。由于可穿戴设备需要穿戴在身，所以最有潜质的选项是松散耦合无线充电，其中RF信号在一个扩展区域内向多个独立设备充电，类似于Wi-Fi系统以无线方式将多个设备与互联网相连。Dialog和Energous最近展示了针对这种系统的首个概念验证结果，其充电半径可达10米。


图4：松散耦合无线充电能够支持开发无需摘下的可穿戴设备

如果无线充电真的成为始终运行的可穿戴设备的主电源，则需要对充电基础设施进行重大投资。这里Wi-Fi可作为样板；充电系统可安装在家中和工作场所，而咖啡店、机场、酒店等可通过为顾客创建更大的“充电热点”使自己区别于竞争对手。
外形
可穿戴设备制造商面临的另一个挑战是，将所有这些功能塞进人们喜欢并愿意连续穿戴很长时间的设备中。不同的人对可穿戴设备的外观偏好有所不同，有些人喜欢时尚些，而有些人喜欢朴素些。

目前，最常见的可穿戴设备外形是手环和智能手表。市场调研公司Forrester的初步市场研究表明，这些设备将仍然在最受欢迎的外形之列，28%的人乐意将有意思且可信赖的传感器设备戴在手腕上。其他流行的可穿戴设备选择如图5所示。


图5：可穿戴设备有各种形状和尺寸，不只是手环和手表

这表明我们将看到许多不同的设备类型，但它们有一点是相同的：非常小的外形。

为制造这些小设备，制造商需要采用集成度更高的硬件解决方案；SoC解决方案以单一封装提供了所有应用、系统、安全和个人连接功能。目前，最小解决方案（在单个模块中包含了一个SoC和所有必要的无源器件）的尺寸约为3.5 x 3.5 mm。为满足未来的外形需求，这些解决方案的尺寸需要进一步缩小。

为可穿戴设备制造商提供元件的IC公司，能够通过增加其IC解决方案中集成的功能，帮助推动这一尺寸缩小的趋势。例如，Dialog的SmartBond DA14680集通信、应用处理、传感中枢和电源管理功能于一体。这消除了对外围电池充电器、电量计、DC/DC转换器等的需要，有助于显著节省电路板空间。

准备好迎接未来

舒适和具有高级功能的多传感器可穿戴设备，在帮助人们多方面改善生活上具有巨大潜力。但要真正发挥这一潜力，可穿戴设备制造商需要将设备与有意思且对消费者有用的服务结合起来。这些服务的可能性几乎是无穷无尽的——从远程医学检查和帮助人们进行健康的饮食选择到家庭自动化等等。这些服务将鼓励人们购买和使用可穿戴设备，推动这个年轻市场延续其早期令人瞩目的增长速度，并逐渐走向成熟。

为实现这些设备和服务，可穿戴设备制造商需要采用具有扩展功能并满足这些设备对尺寸和功耗独特限制的芯片解决方案。Dialog半导体公司致力于通过其SmartBond产品系列提供这种解决方案，并拥有旨在与业界需求演变保持同步的创新路线图。SmartBond DA14680是该路线图上的第一步。作为用于可穿戴设备的首款单芯片解决方案，SmartBond DA14680提供卓越的性能、高集成度和低功耗。它是目前能够帮助设计工程师创造出充电周期令用户满意、具备情境感知多传感器的完整的可穿戴设备的唯一集成式解决方案。它有助于创造下一代智能蓝牙可穿戴设备，推动这个新兴市场实现其全部潜力。