現(xiàn)在&未來智能可穿戴設(shè)備

王少然 劉成

智能可穿戴設(shè)備一般是指穿戴在人身上、具備智能特性的設(shè)備的總稱，也可認為是集成微型計算機、通信、感知等裝置，為用戶提供個性化服務(wù)，可穿戴于身上的微型電子設(shè)備。

通過智能可穿戴設(shè)備，可以更好地感知外部與自身信息，能夠在計算機、網(wǎng)絡(luò)甚至其他人的輔助下更為高效地處理信息，以及更好地實現(xiàn)無縫交流。目前，智能可穿戴設(shè)備主要包括智能眼鏡、智能手表、智能手套、智能服裝及鞋、智能首飾等。隨著技術(shù)進步以及用戶需求，智能可穿戴設(shè)備的形態(tài)與應(yīng)用熱點也在不斷變化。

智能可穿戴設(shè)備作為前衛(wèi)風(fēng)潮，已引起各界特別是軍事部門的高度重視。

縱觀當下智能可穿戴設(shè)備，其主要呈現(xiàn)以下特點：

使用便捷，體驗性強 可穿戴，佩用性強，使用操作極具人性化，不需刻意思考如何操作，方便體驗。

技術(shù)先進，智能高效 擁有先進的電路系統(tǒng)，無線聯(lián)網(wǎng)，具有極強的處理能力。使用標準操作系統(tǒng)具有全功能計算、視頻圖像捕獲和傳輸、多種語言通話、全球定位系統(tǒng)等功能。

智能可穿戴設(shè)備除了應(yīng)用于民用和工業(yè)領(lǐng)域，在軍事領(lǐng)域也具有較好的應(yīng)用前景。士兵可以將該類設(shè)備像作戰(zhàn)服一樣穿在身上，在作戰(zhàn)過程中方便快捷地處理各種信息。

軍用智能可穿戴設(shè)備包括安裝在士兵肩部的全球定位系統(tǒng)，連接到士兵胸部的計算機、視頻攝像機以及多種傳感器等。該類設(shè)備具有導(dǎo)航功能，也可以為士兵提供態(tài)勢信息，幫助士兵辨別敵友，并且具備為士兵提供應(yīng)對危險情況決策幫助的能力。借助該類設(shè)備，士兵在戰(zhàn)場上不用動手就能接收信息，同時還能保持對目標的瞄準。

某些智能可穿戴設(shè)備可以作為單兵裝備單獨進行應(yīng)用，如定位裝置、夜視眼鏡等，但大部分智能可穿戴設(shè)備需要與其他信息裝備進行交互，以融合形成一個整體，進而為士兵提供多種服務(wù)。

單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)就是集成多種穿戴式設(shè)備的新型裝備，單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)中的單兵電臺、單兵計算機、頭盔顯示器、骨導(dǎo)式送受話器、衛(wèi)星定位模塊等都是穿戴式設(shè)備，隨著智能可穿戴設(shè)備的發(fā)展與成熟，單兵綜合作戰(zhàn)系統(tǒng)的功能也將不斷豐富。

穿戴式技術(shù)在國際計算機學(xué)術(shù)界和工業(yè)界一直備受關(guān)注，但由于成本高、技術(shù)復(fù)雜，很多設(shè)備僅停留在概念領(lǐng)域。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、技術(shù)的進步和高性能低功耗處理芯片的推出，部分設(shè)備已走向商用化。譬如谷歌、蘋果、微軟、索尼、奧林巴斯、摩托羅拉等諸多科技公司已開始在這個全新領(lǐng)域深入探索，推出多款新型產(chǎn)品，具有一定的應(yīng)用前景。

智能穿戴式設(shè)備近年來在民用市場上涌現(xiàn)出若干創(chuàng)新產(chǎn)品，其中以谷歌眼鏡、蘋果智能手表最具代表性。

谷歌眼鏡是GPS導(dǎo)航、微型投影儀、攝像頭、傳感器、存儲傳輸和操控裝置的結(jié)合體，同時具有眼鏡、智能手機、網(wǎng)頁瀏覽等功能，可通過特殊鏡片將信息實時展現(xiàn)在用戶眼前。

蘋果iwatch智能手表是蘋果手機的補充，采用曲面玻璃設(shè)計，擁有通信模塊，具有調(diào)整播放清單、查看通話記錄和回復(fù)短信等功能，其采用iOS系統(tǒng)。

三星、華為等多家國內(nèi)外公司研發(fā)的智能手環(huán)，均可跟蹤用戶的日?；顒印⑺咔闆r及飲食習(xí)慣等，并可將數(shù)據(jù)同步傳輸至iOS、Android系統(tǒng)，幫助用戶了解和改善自身的健康狀況。

索尼公司開發(fā)的頭盔顯示器HMZ T1，可提供實時UDK（Unreal游戲引擎開發(fā)工具包）頭部動作跟蹤演示，由麻省理工大學(xué)開發(fā)的軟件可以免費下載。

BrainLink智能頭箍是一種頭戴式腦電波傳感器，由深圳市宏智力科技有限公司專為iOS系統(tǒng)配套研發(fā)?？赏ㄟ^藍牙無線連接手機、平板電腦、手提電腦、臺式電腦或智能電視等終端設(shè)備，配合相應(yīng)的應(yīng)用軟件實現(xiàn)意念力互動操控。Brainlink智能頭箍引用了國外先進的腦機接口技術(shù)，外觀獨特，軟件強大。

Glove One手套式手機由美國密爾沃基的布萊恩·塞拉設(shè)計，可以像手套一樣戴在手上，外形像未來機械鎧甲的一部分，按鈕位于手指關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)，擁有SIM卡插槽和USB接口。將手擺成“六”字造型后，拇指作聽筒，小指作話筒，即可實現(xiàn)通話。

麻省理工學(xué)院媒體試驗室的科學(xué)家普拉納·梅斯瑞（Pranav Mistry）發(fā)明的“Sixth Sense”（第六感）系統(tǒng)，由可讀懂手勢的攝像頭、微型投影儀和智能手機組成，可掛在胸前使用。攝像頭拍攝圖像，手機軟件對其進行處理，結(jié)果可投影到如手、白墻、紙上，甚至其他人的衣服等地方，實現(xiàn)將真實與虛擬結(jié)合為一體。

微軟研究院推出的新型佩戴式多點觸控投影機，整合深度感測相機和微型投影儀等功能，可將核心內(nèi)容投影到附近的任一平面，并進行點擊、滑動以及縮放操作。目前該設(shè)備略顯笨拙，但觸摸式輸入的整體效果較好。

D-Shirt運動服是法國Cityzen Sciences公司研發(fā)的高科技運動服裝，其面料嵌入的傳感器與藍牙收發(fā)器相連，可跟蹤用戶活動，并將收集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苁謾C中。收發(fā)器取出后，可洗滌、熨燙，運動服質(zhì)量和普通T恤無區(qū)別。

谷歌智能鞋由谷歌和創(chuàng)意設(shè)計機構(gòu)YesYesNo以及Studio 5050合作完成。該鞋內(nèi)部裝配有加速器、陀螺儀等裝置，通過藍牙與智能手機進行連接，進而監(jiān)測用戶的使用情況。此外，該鞋配有揚聲器，傳感器接受的信息可以語音的形式播放出來。

Orange公司推出的充電靴可利用腳部熱量進行發(fā)電。鞋內(nèi)的熱敏部件由半導(dǎo)體材料制成，內(nèi)嵌在靴底，利用腳底熱量與較冷地面的溫度差產(chǎn)生電力，溫差越大靴子產(chǎn)生的電量越大。當前，穿靴子在地面踩12個小時，為手機充電的電量約可使用1小時。

智能可穿戴設(shè)備用于軍事，有助于士兵在信息化戰(zhàn)爭中更為準確、快速地感知、獲取、利用和分發(fā)信息，最終實現(xiàn)信息制勝。盡管目前軍用智能可穿戴裝備處于研發(fā)初期，但一些國家的軍事部門已經(jīng)充分認識到了其軍事應(yīng)用的優(yōu)勢。

Q-Warrior頭盔顯示系統(tǒng)由美國國防高級研究計劃局（DARPA）為步兵研制設(shè)計，該裝置可附著在頭盔上，其顯示屏置于前方，結(jié)構(gòu)簡單，但體積比谷歌眼鏡或類似產(chǎn)品大，像戰(zhàn)斗飛行員用的平視顯示器。該系統(tǒng)的顯示儀分辨率高，可提供戰(zhàn)場數(shù)據(jù)和信息。該系統(tǒng)強化了夜視功能、導(dǎo)航和路線標注功能，可提升士兵對戰(zhàn)場的感知能力，可對士兵面臨的潛在威脅和危險進行提醒，可通過作戰(zhàn)分隊內(nèi)部共享的信息分辨人質(zhì)和敵人，或跟蹤敵人行跡。未來，該系統(tǒng)將與智能武器集成，屏幕可顯示士兵健康狀況、前進方向、彈藥量等信息。其有望作為美陸軍2013年5月公布的尚處于研制階段的“戰(zhàn)術(shù)突襲輕型作戰(zhàn)套件”項目的一部分進行部署應(yīng)用。

AWIS陸軍全球軍事指揮控制系統(tǒng)是一種智能頭盔，裝備美軍特種部隊士兵和陸軍CH-47、UH-60等直升機乘員。今后，該系統(tǒng)將主要為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化戰(zhàn)場指揮官提供多方面的信息。直升機飛行員利用該系統(tǒng)，可以指揮地面部隊行動。駐阿富汗美軍即是通過該系統(tǒng)與美軍駐阿富汗部隊最高指揮官戴維·彼得雷烏斯進行直接通話。

“耳朵”單兵槍聲定位系統(tǒng)于2011年裝備美國陸軍駐阿富汗部隊。該系統(tǒng)由奎奈蒂克北美公司研發(fā)，計劃裝備陸軍快速裝備部隊（REF）及包括班、排在內(nèi)的所有作戰(zhàn)單位，同時與美軍士兵系統(tǒng)等其他項目集成。該系統(tǒng)由4個聲學(xué)傳感器和顯示器組成，傳感器組件僅有一副撲克牌大小，佩戴在士兵右肩，可對敵方射擊產(chǎn)生的超聲波進行探測，顯示器則安裝在士兵防彈衣上。該裝置體積小、質(zhì)量輕，可瞬間顯示出敵方射擊的方向和距離，從而幫助徒步士兵獲得全面的態(tài)勢感知。

國外正在研制一種新型雷達頭盔，通過運動傳感器，可探測到煙霧中或者水泥墻后的敵人，探測半徑為25m，質(zhì)量不超過1.1kg，約一半質(zhì)量附著在頭盔上。

M-25燃料電池是一種使用甲醇燃料的可穿戴電源，由杜邦和德國SFC智能燃料電池公司研制，這種電池比傳統(tǒng)電池輕80%，卻能夠提供至少72小時的持續(xù)供電。M-25能持續(xù)提供最低20W、最高200W的電能，比美軍現(xiàn)在的供電設(shè)備性能高3倍。在充電站數(shù)量稀少的惡劣環(huán)境下，這些電池能夠保證導(dǎo)航和通信系統(tǒng)持續(xù)數(shù)天正常工作。

智能穿戴設(shè)備雖然市場前景看好，但仍然有低功耗、系統(tǒng)集成、多傳感器、人機交互、高效能源等技術(shù)瓶頸需要突破。

低功耗技術(shù) 智能可穿戴設(shè)備的軟件和硬件都要面向低功耗設(shè)計。一是硬件平臺設(shè)計，主要立足于嵌入式技術(shù)和低功耗微控制（MCU）技術(shù)，采用低功耗芯片，并選擇定制人機交互技術(shù)支撐;二是操作系統(tǒng)設(shè)計，依托成熟的嵌入式操作系統(tǒng)，對其功能進行裁剪，滿足戰(zhàn)術(shù)需要即可。

系統(tǒng)集成技術(shù) 主要體現(xiàn)在模塊集成和功能集成兩方面。模塊集成主要采用先進的封裝技術(shù)，通過系統(tǒng)級封裝（SIP）微型化技術(shù)，將穿戴式設(shè)備元件整合到極小的單一封裝中。功能集成主要依托低功耗的無線體域網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)功能的合理配置和設(shè)備的互聯(lián)互通互操作。

多傳感器技術(shù) 主要集成運動傳感、生物傳感、環(huán)境傳感等裝置。運動傳感技術(shù)包括加速度傳感器、陀螺儀、電磁傳感器、大氣傳感器等，實現(xiàn)運動探測、導(dǎo)航、人機交互功能，進而達到測量、記錄和分析人體活動的效果。生物傳感技術(shù)主要采用血壓傳感器、心電傳感器、肌電傳感器、體溫傳感器、腦電波傳感器，實現(xiàn)人體生理機能參數(shù)測定，評估士兵作戰(zhàn)狀態(tài)，為支援保障提供數(shù)據(jù)支撐。環(huán)境傳感技術(shù)主要采用溫濕度傳感器、氣壓傳感器、紫外線傳感器、麥克風(fēng)、圖像視頻采集設(shè)備等，對戰(zhàn)場環(huán)境實時感知。

人機交互技術(shù) 主要包括顯示、手勢控制、語音控制、人臉識別等技術(shù)。顯示技術(shù)多采用智能眼鏡的LcoS（硅基液晶）、智能手表的OLED顯示、電子墨水、融合背景光和微投影等途徑實現(xiàn)。手勢控制技術(shù)一般包括觸控、手勢識別和手套控制等，未來實現(xiàn)通過虛擬視圖的控制。

高效能源技術(shù) 主要包括高能量密度電池技術(shù)、可續(xù)航電池技術(shù)、快速充電技術(shù)以及無線充電技術(shù)。高能量密度電池技術(shù)需結(jié)合小型化和輕量化的需求，綜合權(quán)衡電池的能量、體積、質(zhì)量三者之間的關(guān)系?？衫m(xù)航電池技術(shù)應(yīng)在柔性太陽能電池、體溫感應(yīng)微發(fā)電、人體運動微發(fā)電等技術(shù)上取得突破。

智能可穿戴設(shè)備應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的前景較好，能夠大幅提高士兵作戰(zhàn)的信息化水平，但目前來看尚有幾個問題需要關(guān)注。

可穿戴設(shè)備的技術(shù)難點不僅體現(xiàn)在集成化、智能化要求方面，其配套的創(chuàng)新材料、圖形設(shè)計、傳感與無線傳輸技術(shù)、電池技術(shù)等都是制約因素，尤以電池技術(shù)最為關(guān)鍵，沒有足夠長的電力續(xù)航能力直接影響用戶體驗。如果應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，還將增加環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性、戰(zhàn)術(shù)適應(yīng)性等一系列技術(shù)難點。

智能可穿戴設(shè)備的使用對象是單兵，形成產(chǎn)品后裝備數(shù)量將會極大，具有較高的性價比是大規(guī)模推廣應(yīng)用的前提。而相比較其他武器裝備，智能可穿戴設(shè)備集成度高，感應(yīng)設(shè)備多，電池技術(shù)先進，成本自然不會低，就目前民用的智能眼鏡、智能手表而言，價格少則幾千，多則上萬。而軍用產(chǎn)品各方面要求更高，價格遠遠超過民品，因此經(jīng)濟性將成為其推廣應(yīng)用的重要制約因素。

目前民用市場上的智能手表和智能眼鏡在體積、質(zhì)量上還未能達到普通手表和眼鏡的水平，應(yīng)用于軍事領(lǐng)域后體積、質(zhì)量還將進一步增加，沒有較好的舒適便捷性能，很難得到部隊認可。再者，多數(shù)智能可穿戴設(shè)備必須跟其他裝備（如單兵計算機）交互，甚至需要接入作戰(zhàn)信息網(wǎng)絡(luò)，但哪些信息應(yīng)該顯示在可穿戴設(shè)備上，多種信息、功能在各個設(shè)備上如何分配，多個設(shè)備如何切換使用等一系列問題尚未統(tǒng)一認識，軍事需求的清晰構(gòu)筑有待明確。