可穿戴設備產(chǎn)品開發(fā)設計研究

韓郭陽

摘要：可穿戴設備是智能設備，可被放進衣服里或者穿戴于人體。實際上可穿戴設備的定義隨不同發(fā)展時期而不同。隨時佩戴在人體上的設備可成為更加自然的互聯(lián)網(wǎng)入口。技術瓶頸的突破促進可穿戴設備更好地解決生活實際問題、提高生活情趣和效率。

關鍵詞：可穿戴 產(chǎn)品設計 交互性

引言

人體的各個部位都存在相應的可穿戴產(chǎn)品。產(chǎn)品的類型也越來越豐富。手環(huán)和手表最常見，同時也有眼鏡、飾品等，目前出現(xiàn)了led外套等可穿于身上的電子織物，未來的可穿戴產(chǎn)品可能發(fā)展處嵌入皮膚的電路文身，甚至隱形眼鏡也可以成為可穿戴設備?？茖W與技術的進步勢不可擋，可穿戴設備將逐漸擁有非常理想的效果，采集數(shù)據(jù)會更加具有實時性，在—種自然的狀態(tài)下服務于用戶務。

一、可穿戴設備的發(fā)展

身體是一個接口，人類依靠身體與外界進行交互。交互式系統(tǒng)被穿在人體之上即讓人更方便地獲得數(shù)據(jù)?？纱┐髟O備越來越輕薄無感，甚至可以說是化作了身體的一部分，這不得不說是非常令人激動的。電子技術日益發(fā)展，成為實現(xiàn)可穿戴產(chǎn)品多樣化的重要條件。

成為人們?nèi)粘９ぷ鲗W習與生活的一部分是可穿戴設備興起的一個開始，但其依然有很多方面可以被挖掘。隨身的很多技術在過去10.15年里發(fā)生了顯著的改變。可以期待的是在未來十年中，人體上或者衣物里的可穿戴技術取得巨大進步的同時亦獲得長足發(fā)展。

可穿戴設備現(xiàn)有的產(chǎn)品與服務更多地集中在強身健體的運動數(shù)據(jù)記錄與分析方面，運在健康醫(yī)療和娛樂等領域也有不少應用。通過一塊表或一條腕帶計量步數(shù)、分析運動狀態(tài)、觀察心率、監(jiān)測久坐與睡眠等已經(jīng)成為很多人的生活習慣?？梢灶A見的是未來可穿戴硬件技術與軟件技術在軍事、智能家居等領域會隨著市場需求日漸擴大而得以更廣泛的應用。數(shù)量與種類繁多的可穿戴設備產(chǎn)品將在市場嶄露頭角。

最近一兩年智能可穿戴的發(fā)展勢頭正盛，但可穿戴設備最早產(chǎn)生于20世紀六七十年代，那時是在賭場中被利用。促使其出現(xiàn)的一部分原因是提高賭博成功概率?？纱┐鞯漠a(chǎn)品或設備，發(fā)展歷經(jīng)數(shù)個階段。

（一）20世紀60-70年代。愛德華.索普（Edward O.Thorp）是麻省理工學院數(shù)學教授。1961年，他將依靠自己的可穿戴計算機在賭局中提升44%的勝率并在輪盤賭上作弊這一事件記錄在第二版《賭博指南》（Beat theDealer）中。

這個時期的幾款可穿戴設備都是運用在賭場的。雖然事實上這些設備對提升勝率沒有明顯作用，但促進了可穿戴設備的萌芽。萌芽期的這些可穿戴的設備外觀比較質(zhì)樸，計算方面的能力也較為有限。但是，將旨在提高賭博勝率的可穿戴計算機放入隨身衣物不失為獨特的令人感到新奇的行為。

（二）20世紀70-80年代。第一款擁有內(nèi)置計算器的手表在1975年12月被推出，叫作PuIsar。作為第一款計算機手表，其智能化受到公眾市場的歡迎。1981年，史蒂夫.曼恩（Steve Mann）做了出一件可穿戴的操作設備，他給帶有鋼架的背包安裝了計算機。其中搭載的是6502芯片。這款設備用于更方便地控制攝影設備。內(nèi)容出現(xiàn)在相機取景器上，其中取景器事先被組裝在頭盔上。

現(xiàn)在可穿戴設備的產(chǎn)品原型正是這些初期可穿戴設備。這些產(chǎn)品為之后的可穿戴設備的進步提供了堅實的基礎，讓智能運動手表、智能運動手環(huán)和頭戴式攝影機器等都成為可能。另外，這幾款設備的出現(xiàn)，讓更多的人對可穿戴設備有了更進一步的認識，這對可穿戴設備后來的進步也很重要。

（三）20世紀末.21世紀初。1994年，也是背負式計算機被發(fā)明的13年后，首款可穿戴無線網(wǎng)絡攝像頭被史蒂夫.曼恩打造出來，可以不斷上傳圖片。此時可穿戴設備進入了聯(lián)網(wǎng)的時代。

首款藍牙耳機于2000年誕生，便捷的使用方式令其風靡至今。2002年，Xybernaut公司參加了國際消費類電子產(chǎn)品展覽會（CES）。在此過程中，Pomapc頭戴式顯示設備得以亮相。此產(chǎn)品運行windowsCE操作系統(tǒng)，并且顯示器是VGA辨率的。同時，128MHz的SH-4處理器也在配備之列。

將運動融入可穿戴設備這方面，一些品牌做出了貢獻。2006年耐克和蘋果一起設計研發(fā)了一款設備，使用者可以用自己的iPod同步運動數(shù)據(jù)。

Fitbit公司的第一款產(chǎn)品在2008年9月才上市。這款產(chǎn)品即FitbitClassic。該產(chǎn)品可以將芯片夾測量計隨身攜帶，方式為夾在隨身衣物任一部位。設備科將一天之內(nèi)多種數(shù)據(jù)記錄保存。用戶使用設備即可對自身健康有更加全面的了解。數(shù)據(jù)項包含運動路程長度、步數(shù)和具體消耗了多少熱量（單位：cal），并且顯示身體活躍時間。

可穿戴被廣泛應用在運動方面正是因這兩款運動可穿戴設備的出現(xiàn)引起的時尚風潮。此后出現(xiàn)的運動手環(huán)、手表，在功能對這兩款設備亦多有借鑒。可穿戴設備外觀在這個時期已變得較為小巧，穿戴在身上十分輕松，功能也越來越貼近實際需要。由此，運動方面的可穿戴產(chǎn)品在市場上成為主流，引領時尚的同時也促進使用者形成更加健康的生活方式。

（四）2012年至今。2012年出現(xiàn)了一款叫作Pebble的智能手表。這款手表在某網(wǎng)站的募捐金額達到了1000萬美元。正式上市時間為2013年2月。Pebble支持Android系統(tǒng)和iOS系統(tǒng)，并采用電子墨水顯示屏技術。設備會給予用戶有關來電顯示或者短信的提示。另外，一些與健康或運動相關的手機應用軟件也可以在設備上。Pebble銷量非常不俗，正說明了公眾對于可穿戴設備的十分喜愛。同樣在2012年，谷歌眼鏡也被評為最佳發(fā)明之一。谷歌眼鏡和智能手機一樣擁有很多功能，同時可“增強現(xiàn)實”。用戶可以拿谷歌眼鏡進行上網(wǎng)和處理文字信息等活動，同時視頻通話和聲控拍照的功能也十分便捷。

智能手環(huán)的時代由2011年發(fā)布的JawboneUP開啟。這樣的手環(huán)在記錄用戶日?；顒訑?shù)據(jù)的同時，也可對睡眠和飲食等多項數(shù)據(jù)實現(xiàn)手機的數(shù)據(jù)同步。采用3.5mm的耳機插頭充電。眾多運動愛好者也十分青睞于這款產(chǎn)品富有科技感的時尚外形。Jawbone在2013年升級了手環(huán)產(chǎn)品，名為Jawbone UP24。與上一代比起來，最大的不同之處為藍牙無線同步，這一改變很大程度地提升了用戶感受。從有線到無線，手環(huán)的實時連接被實現(xiàn)了。

2012年可穿戴設備產(chǎn)品方興未艾。此后很多產(chǎn)品迭代速度變快，尤其在2013、2014這兩年。其他很多的優(yōu)秀可穿戴產(chǎn)品也讓可穿戴設備更加成為一種風尚。越來越多的普通人可以選擇適于自己的可穿戴設備。2014年10月29日，普華永道發(fā)布了一項報告。據(jù)報告稱，很早就發(fā)展起可穿戴設備的美國，大約21%的人使用可穿戴設備。

二、可穿戴設備存在的問題

可穿戴技術的進步是快速的。然而在可穿戴設備產(chǎn)品市場還是存在一些問題。目前的市場之中各個品牌的可穿戴產(chǎn)品在性能與造型上大同小異。功耗較大的問題依然存在。此外，還有用戶黏度不足、穿戴不夠“無感”、外觀不夠時尚等問題。不成熟的產(chǎn)業(yè)鏈、售后各項服務的不充足和不夠強的用戶習慣，是這些問題產(chǎn)生的原因。但是，可穿戴產(chǎn)業(yè)在不斷完善，可穿戴電子技術也促進了硬件和軟件的進步。種種問題最終會漸漸得以解決。

三、可穿戴設備的硬件軟件

雖然可穿戴設備從20世紀60年代萌芽后經(jīng)歷了很長時間的停滯期和成長期，直到2012年可穿戴終端市場才開始活躍，但是目前發(fā)展勢頭十分良好，產(chǎn)品日益多樣化，迭代速度也在加快。出現(xiàn)目前的勢頭并非只是偶然，更多的是靠多種因素的推動?？萍?、產(chǎn)業(yè)、消費者需求等因素綜合起來促進了現(xiàn)在的結果。

硬件技術與移動設備上的軟件，在智能手機飛速發(fā)展數(shù)年的推動下，得到了長足的發(fā)展。作為智能移動設備的擴展和延伸，可穿戴設備產(chǎn)品的軟件和硬件均學習了智能手機的長處。在此前提下，近幾年內(nèi)出現(xiàn)的很多為可穿戴設備專門設計的基礎硬件和操作系統(tǒng)更是本著減小功耗、提高性能等原則，逐步提高了可穿戴設備的質(zhì)量。逐漸也出現(xiàn)了一些整體解決方案與開發(fā)平臺。

（一）硬件層面。根據(jù)可穿戴設備對性能和功耗的要求不同，可穿戴主芯片可分為微控制單元（Micro Control unit，MCU）和應用處理器（Application Processor，AP）兩種。MCU的主力提供商ARM原有按性能從低到高分為cortex-MO到Cortex-M7芯片。2012年3月，ARM更是針對可穿戴設備推出較Corter-M0更低功耗、高性能的Cortex-MO+，帶動了一大批低功耗手環(huán)的出現(xiàn)。至于AP，已不在只是使用智能手機常見的高通驍龍系列和MTK芯片。北京君正集成電路股份有限公司T2013年3月針對可穿戴設備退出了定制AP JZ4775。臺灣聯(lián)發(fā)科技股份有限公司（Media Tek，MTK）在2014年6月推出了穿戴式AsterSoC等。這些都推動了更優(yōu)化的可穿戴方案與產(chǎn)品的產(chǎn)生。

在智能手機上的廣泛應用，微機電系統(tǒng)（MEMS）在2010年后進入了迅速發(fā)展期。傳感器的感知能力也因為新MEMS傳感器的出現(xiàn)而進一步的提升。如心率、血氧等傳感器。MEMS微型傳感器具有精度高、成本低、微型等長處，可以被很好地應用在可穿戴設備上。可穿戴設備的崛起離不開堅實的硬件基礎。硬件進步的重要一環(huán)恰是MEMS傳感器的快速發(fā)展。

（二）軟件層面?？纱┐鹘K端中應用最普遍的無線連接技術為2012年升級的藍牙4.0。其低功耗的藍牙模式可明顯讓設備待機時長變久。此外，藍牙最大的劣勢也因2014年11月發(fā)布的藍牙4.2標準得到改良。藍牙4.2支持主動聯(lián)網(wǎng)且距離遠、傳輸速率快和主動聯(lián)網(wǎng)等都是wi-Fi具有的優(yōu)點。但同時也有功耗較高的缺點。2014年6月，比原有方案功耗減少一大半的SIMpleLink wi-Fi被德州儀器（T1）推出，商用后可將一些低功耗的藍牙終端替代。

習以為常的交互方式如觸碰、點按，在沒有屏幕或者只有很小屏的可穿戴設備上十分不合適。若要帶給用戶更好的體驗，語言、眼球、圖像等更便捷的識別交互方式是更好的選擇。這些交互方式可以很大程度地解放雙手。2011年年底，蘋果公司推出了Siri。這讓語音識別技術更普遍地為人所知。中國有云知聲與科大訊飛等迅速跟進，且具備明顯的本土優(yōu)勢。2013年年底出現(xiàn)的“出門問問”，可以彌補谷歌語音搜索服務Google Now無法在中國內(nèi)地使用所造成的服務缺失。眼球、圖像等交互方式出現(xiàn)時間不長，技術也不夠成熟，但卻為可穿戴設備未來更自然的交互方式奠定了良好的基礎。

2014年3月，三星將推出了更省電的Tizen系統(tǒng)，并將其應用到可穿戴設備中；同月，Google也發(fā)布了專為可穿戴設備定制的操作系統(tǒng)AndriodWea。這些操作系統(tǒng)一定程度上將可穿戴設備操作系統(tǒng)市場規(guī)范化了。再加上在可穿戴設備應用廣泛的RTOS（實時操作系統(tǒng)）和剪裁版Android，基于不同的產(chǎn)品定位，可穿戴設備廠商也可選擇更加適用的操作系統(tǒng)。在此基礎上，可穿戴設備廠商還可以打造對應的生態(tài)系統(tǒng)，從而更快地推出可穿戴產(chǎn)品。

（三）硬件與軟件。只有有關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展較為充分并且應用較為成熟，可穿戴設備的潛力才能更深入地被挖掘。有關產(chǎn)業(yè)覆蓋應用的解決方案，以及核心器件、管件技術。管件器件大體分為幾類：1.電池2.傳感器：加速度計、環(huán)境傳感器、運動傳感器等3.芯片：wi-Fi芯片、NFC芯片、GPS芯片等4.柔性元件5.屏幕。等等。核心技術以及應用解決方案大致有：1.整體解決方案2.交互模式革新3.無線連接解決方案。等等。

作為智能產(chǎn)品領域中的新興產(chǎn)品，可穿戴設備產(chǎn)品對整體解決方案的標準不低。很多技術和解決方案與手機或平板這些發(fā)展時間較長的產(chǎn)品的類似技術有較明顯的不同，包括：1.顯示技術2.傳感器3.功耗低的連接技術4.處理器5.人機交互技術6.整體解決方案。等等。

在可穿戴領域，操作系統(tǒng)是硬件解決系統(tǒng)之外的更加影響用戶體驗的部分。各類技術與各項硬件的發(fā)展進程與成熟程度不同，但在可穿戴領域中所有軟件硬件的發(fā)展都會促進可穿戴產(chǎn)品種類的繁榮。成熟的技術、豐富的解決方案為可穿戴市場穩(wěn)定的先決因素。

四、未來可穿戴設備發(fā)展趨勢

（一）更小巧的尺寸，更輕薄貼身。除了將可穿戴設備做到幾乎不被人感知的理想狀態(tài)，未來的可穿戴芯片甚至可能植入到人的皮膚中，變成一個輕巧的文身。

（二）變革交互方式，更好地解放雙手。弱化觸摸、點控等操作，而是以聲控、手勢、眼球等更多、更先進的方式實現(xiàn)人與設備之間的交互。

（三）更精確與更豐富的傳感器。傳感器是產(chǎn)品功能差異化的重要硬件。在多樣化傳感器更精確記錄各項數(shù)據(jù)的基礎上，對數(shù)據(jù)更合理的分析和應用可創(chuàng)造更好的增值服務。

（四）隨時在線，實時連接

技術瓶頸總是不斷地突破，可穿戴設備也將會向獨立設備的方向發(fā)展，最后成為互聯(lián)網(wǎng)的重要入口之一。這樣便可以令設備更好地和云端交互，并提供實時服務。

（五）強大的抗干擾能力?？纱┐髟O備隨時隨地收集用戶數(shù)據(jù)，因此也需要具有更強的環(huán)境適應性。優(yōu)秀可穿戴設備應提供更高級別的防塵防水能力。此外，更高的耐久度、抗電磁干擾等特質(zhì)也是被廣泛關注的。

（六）發(fā)放互通，突破設備鴻溝。用戶在同時擁有幾款可穿戴設備的情況下，分辨在每一個設備上觀察數(shù)據(jù)會十分不便。各有差異的可穿戴設備之間突破壁壘，讓信息開放互通，成為未來可穿戴設備的發(fā)展趨向。

結語

可穿戴設備的發(fā)展趨勢是尺寸輕便小巧且貼身而舒適。隨著硬件性能的提升與軟件效率的提高，可穿戴設備也漸漸會成為—種強大的互聯(lián)網(wǎng)入口，方便用戶實時聯(lián)網(wǎng)。由此，使用者將通過可穿戴設備而具有更強的捕捉信息的能力，與此同時得到更多更有效的數(shù)據(jù)。更加實時、簡潔和迅捷的信息傳遞和交互也是讓人們真正體會智能生活的必要條件之一。