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浅谈可穿戴计算的发展
发布时间:2018-1-25 13:52:34发布人:超级管理员

浅谈可穿戴计算的发展

               哈尔滨工业大学 计算机学院 杨孝宗

 

摘要现在,计算机像衣物那样穿戴在我们的身上。就是人们熟知的可穿戴计算机。加上各种其他部件,也就变成了智能可穿戴设备。人们需要计算机,更需要紧密的人机交互,更加随意的无处不在计算。在这样的需求下,可穿戴计算应运而生。由于计算技术及跨学科技术的飞速发展,又极大地推动了可穿戴计算的发展。本文从可穿戴计算的概念及应用入手,根据当前出现的诸多新科技成果,新的迹象,分析其发展趋势。

【关键词】可穿戴计算  智能  新迹象

 

1、可穿戴计算系统是什么[1]

什么是可穿戴计算系统?不同的人有不同的解释,因为它是一个新的事物,有不同说法不足为怪,但是,不管如何说明,都离不开应用。比较被多数人接受的是,可穿戴计算系统是“按需求将微小型计算机及相关设备合理地分布在人体之上,人机合一以人为本,以实现移动计算的系统。”比如下图的手机,智能手环,智能手表,谷歌眼镜等等。

 

          

 

   

 

2、可穿戴计算系统的应用 [1]

 

可穿戴计算系统是伴随着人的活动而发挥着极大作用的。下面举几个典型的应用领域。

2.1,医疗与健康的应用

人体特征传感器,计算机,无线收发器集成在人体上,实现人体特征的数据采集,存储,处理,无线传输。实现人体状况与医生的实时互联互通。

比如,下图所示可穿戴式心电仪系统。

    

         盘点五款老年人专属的可穿戴智能硬件

基于谷歌眼镜的医疗诊断,可实现异地会诊   防老人走失的智能定位鞋

 

2.2,智慧警务

利用智能可穿戴设备可以实现实时警务信息传输,实时处理,提高警务效率,减少警务人员负担以及伤亡。如下图常用的警务通

u=1406959187,2551700381&fm=21&gp=0      u=4161072292,133605140&fm=21&gp=0

   警务通

2.3,实时维修系统

可穿戴维修系统,集资料图纸、维修提示、专家指导为一体,极大地提高了维修效率和维修速度。

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可穿戴维修系统

2.4,人们的日常生活

2014年“零点远景e动”针对43825 -35岁的城市居民的调查结果,智能可穿戴技术与哪些物件相结合:         

    49.1% 手表

    45.7% 项链

    37.9% 手链或腕带

    28.1% 头饰

    25.8% 戒指

    24.9% 腰带

    20.8% 眼镜

    18.9%

 

2.5,军事应用

可穿戴计算技术结合到士兵身上,构成了“数字化单兵”系统,极大地提高了士兵的作战能力,做到士兵可以与司令员直接通话。为抢占信息高地,为夺取信息战的胜利起到了无可替代的作用。

 

按此在新窗口浏览图片

 

综上所述,可穿戴计算技术可以在人民生活,国家建设各个方面发挥重要作用。

 

     3、可穿戴计算的关键技术[2]

    

     3.1,系统的基本构成

无论体积多大,也无论用在哪里,一个可穿戴计算系统主要由如下部件构成:

     微小型多端口低功耗计算机(硬件、软件、)

     计算机接口、

     电源系统、

     感知设备、

     无线收发器。

    

     3.2,关键技术

     绝大多数可穿戴计算系统,都在如下关键技术的支撑下完成其功能,实现其应用:

 微小型高性能低功耗计算机

     微小型高效率电源(电池)

     高性能微小型输入/输出设备

     无线组网技术(基站/自组网)

     智能交互

     智能织物

     系统软件(操作系统、移动数据库、应用软件等)

 

4、可穿戴计算在快速发展中[1] [3]

4.1,简单的历史回顾

可穿戴计算的起源可追溯到1955年,由美国的Edward.O.Thop 推出可穿戴计算机,以后不断有人推出各种用途的不同类型的可穿戴计算系统。比如1981Steve Manner 就研制出了背负式计算机,头戴显示器,有七个开关控制的闪光灯。1991年美国 CMU大学的系列产品Vumen,用于维修,浏览建筑图。1994Steve Mann 又实现了系统的无线上网。1996年我国在哈工大召开了“首届全国可穿戴计算学术会议”,2000年后开始了产业化。在系统智能化,高可穿戴性,面向医疗健康、军事、城市、日常生活等应用上,可穿戴计算发展极其迅速。

可穿戴计算的出现和发展,使“人围着机器转变换到机器围着人转”。

 

4.2,从新迹象看可穿戴计算的变化和发展趋势

可穿戴计算是在各个领域的迫切需求下提出来的,是在跨学科的技术迅速发展下发展起来的,即所说的“需求牵引,技术推动”。当前,各学科纷纷推出新的研究成果,并结合到了可穿戴计算系统,使其焕然一新。让我们分析下面几个新的迹象。

 

4.2.1,元器件及设备集成度大幅提高,极大地减少了系统体积

比如,深受关注的谷歌眼镜(如下图所示)。计算机、显示器、收发器、摄像头、控制器等集成到小小的眼镜腿和镜片上,应用起来非常方便。

 

  

                       谷歌眼镜结构

 

计算机及相关设备的小型化,促成了可穿戴系统的小型化,从而迅速地拓宽了应用领域。

 

4.2.2,系统操作更加智能化

一直以来,可穿戴计算系统是人通过按键来进行操控的,可是当前出现了通过人的大脑信号来实现控制的系统,即称之为“意念控制”。最早实现意念控制的是在英国,如下图所示。使用者可以在打算拍照片并发送的意念下,使谷歌眼镜拍照片并发送。

 

霍金都点赞!用脑电波来控制谷歌眼镜

 

4.2.3,新的显示技术

      

微小型投影仪                    柔性显示屏

 

上图是手环式微小投影仪,这样小的投影设备,将会改变可穿戴计算系统

仅依靠传统显示屏的状态。加上柔性显示技术,从而改变了系统结构和系统模式,增加了应用领域。

 

    4.2.4,智能织物的强劲介入

智能织物的接入不仅极大地提高了系统可穿戴性,而且改变了系统结构,

进一步加强了人机交互。

    本来,可穿戴系统就要“穿戴”在身上的。在智能织物介入之前,围绕在

人体上的只能是金属的条条块块。有了智能织物,则恢复了“可穿戴”的本性。

智能织物本身,是利用智能纤维或感应纤维纺织而成。有的传感器、显示器、

信号连接、按键等等,都可由智能纤维制成,这样,一个可穿戴系统,外表上

看去就是一件衣服加配饰。早期的基于智能织物的可穿戴系统,如下图所示。

 

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基于织物的传感器               织物开关

 

4.2.5 新能源技术

一个可穿戴计算系统是否真正发挥作用,能源是关键。谁也不会希望自己的应用系

统,仅工作一会就没电了。目前主要依靠的是电池,普通用的锂电池连续工作时间是非常有限的。因此电池问题成了系统的瓶颈。当下出现了如下图所示的铝电池和无线充电技术,给了人们一个改善能源供应的新希望。

 

       

              铝箔电池                     无线充电

 

 综上所述,可穿戴计算正在飞速发展中,可以预见,它必将更紧密结合人类的日常生活,成为我们的服饰,但是却将发挥着越来越重要的作用,尤其在医疗与健康,智慧化城市建设,国防建设等方面,会首先感觉到它的威力。

 

 

    参考文献

【1】     杨孝宗 分析可穿戴计算的发展趋势 第四届全国可穿戴计算学术会议,2014.

【2】     Yang Xiaozong Networked wearable computer architecture NICST’2017.

【3】     杨孝宗 是什么阻碍了可穿戴计算产业的进一步发展 第五届全国可穿戴计算学术会议 2015.

 

    作者简介:杨孝宗,1939113日出生,哈尔滨工业大学计算机学院,教授博士生导师。