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3S MARKET

2019年5月17日 星期五


Wireless Power Solutions for 
Wearable and Fitness Devices


來源:醉科技



智慧穿戴設備發展現狀,和關鍵技術進行了分析,包括感應技術、顯示技術、晶片技術、操作系統、無線通信技術、數據處理技術、提高續航時間技術等。展望了智慧穿戴設備在市場、產業鏈方面與相關技術的融合、安全性及相關應用的發展趨勢。

1 引言
隨著行動通信技術的發展, 行動網路日益普及,傳統互聯網已經在向行動網路遷移,智慧穿戴設備近年來發展的非常迅速,成為一個熱點行業。智慧穿戴產品涉及的領域十分廣泛,從眼鏡、娛樂、兒童監護、健康、智慧家庭、智慧服飾到通信等領域,可以加入拍照、語音辨識、鏡片導航、體重監測等各種功能。



可以認為智慧穿戴設備是一種基於行動網路的、具有高性能低功耗特點的智慧終端,其展現形式不是手機,而是日常生活中的可穿戴物品。

它過借助感應器,與人體進行資訊交互,是一種在新理念下誕生的智慧設備,具有廣泛的應用領域,並能夠根據用戶需求不斷升級。智慧穿戴設備在提高人們生活品質、促進生活方式智慧化方面將會起到很重要的作用,智慧穿戴設備產業將迎來巨大的市場空間。

2 智慧穿戴設備發展現狀
按照主要功能的不同,智慧穿戴設備產品,可以劃分為以下幾類:運動健康類、體感交互類、資訊類、醫療健康類和綜合功能類等,每類設備針對不同的細分市場和消費人群。



運動和醫療健康類的設備有運動、體側腕帶及智慧手環,主要消費人群為大眾消費者;體感控制和綜合功能類的設備有眼鏡等,消費人群以年輕人為主;資訊咨詢類的設備有手錶,主要消費人群為大眾消費者。從目前來看,醫療和運動健康類設備使用的用戶較多。

隨著智慧穿戴產業競爭日趨激烈,同質化產品現象越來越嚴重,各類只具備單一功能的智慧硬體,紛紛開始與其他智慧硬體尋求合作。

在未來,隨著單一領域的慧穿戴產品技術日漸成熟,不同領域和功能訴求的產品,會根據用戶實際需求,在功能上實現互補,從而帶來更符合用戶需求的智慧體驗,發展方向也會日漸明確和多元化。

目前市場上的智慧穿戴產品,主要有手環類產品、手錶類產品、眼鏡類產品和便攜醫療設備類產品等,如三星、索尼、華為、小米的智慧手環,蘋果、三星的智慧手錶,谷歌的智慧眼鏡等。

此外,還有一些珠寶、紐扣類、飾品類以及可放入口袋或嵌入服裝內的產品等,如施華洛世奇推出的SwarovskiShine太陽能可穿戴設備系列,Opening Ceremony推出的MICA智慧手鐲。


3 智慧穿戴設備關鍵技術
智慧穿戴設備產業涉及的技術範圍較廣,包括感應技術、顯示技術、晶片技術、操作系統、無線通信技術、數據計算處理技術、提高續航時間技術、數據交互技術等。

3.1 傳感技術
感應技術主要完成語音控制、眼球追蹤、手勢辨識、生理監控(包括心跳、血壓、睡眠品質等)、環境感知(如溫度、濕度、位置和壓力等)等。

目前,應用較多的感應器類型有骨傳導、音源感測、肌電感測、重力感測、影像感測、陀螺儀、加速度計、磁力計、方向感測、線性加速度感測、光體積訊號變化感測模組、心電圖腦波感測模組、眼球追蹤感測等。

3.2 顯示技術
目前應用在智慧穿戴設備中的常見顯示技術,包括薄膜電晶體液晶顯示器、主動式矩陣有機發光二極體、有機發光二極體、發光二極體與電子紙等。除此之外,目前主要的3種穿戴式顯示技術是:


(1)微型顯示:如矽基液晶,微機電系統/數位光源處理、雷射掃描等。

(2)柔性顯示:目前,日本半導體實驗室、蘋果、三星、LG、Philips、諾基亞等巨頭正積極開發,並推進可彎曲的柔性螢幕、電池和人機介面系統並進行專利佈局。現階段主流柔性顯示技術的研發瓶頸,主要聚焦在以下幾個方面:

1)顯示技術所用核心光電材料,及相關功能材料性能的改進、提高,包括新材料的研發等;

2)器件封裝基板及相關封裝材料的研發;

3)更高顯示性能參數和效率的顯示器件結構設計和優化;

4)低功耗、高效率驅動電路的設計和優化;

5)低成本材料、製作工藝研發及產業化等。

(3)透明面板:透明顯示已開始應用於公共看板與櫥窗等,如果應用於個人穿戴,需再提升穿透率與解析度。

3.3 晶片
智慧穿戴設備晶片可以分為三類:
(1)以現有手機處理器為核心的晶片:如三星Galaxy Gear採用的Exynos 4212,Google Glass採用的OMAP 4430,其優點是有效利用已有平台,加速開發且功能強大。

(2)基於單片機(MCU)的產品:如Pebble手錶、FitBit One手環都是基於ARM Cortex-M結構的MCU產品。

(3)專門針對智慧穿戴設備的晶片:英特爾推出的針對穿戴式設備晶片方案Intel Edison是雙核晶片,一部分支持安卓系統,另一部分則支持即時操作系統;高通推出的Toq處理器,為可穿戴設備專門客製化產品,採用ARM Cortex-M3架構;博通推出的BCM4771處理器,整合定位功能;中國北京君正的晶片JZ4775,整合了CPU、Flash、LPDDR、WiFi、Bluetooth、FM、NFC和壓力感應器、溫濕度感應器等所有器件。


3.4 操作系統
智慧穿戴設備採用的操作系統主要有三類:
(1)嵌入式即時操作系統(RTOS):具有功耗低、任務單一的特點。如三星智慧腕帶Gear Fit採用的即時操作系統。

(2)基於Android平台進行修改的操作系統。如三星第二代智慧手錶Gear 2和Gear 2 Neo搭載的Tizen操作系統。

(3)專有操作系統:谷歌推出的Android Wear,北京君正推出的Newton平台等。
3.5 無線通信技術
對於智慧穿戴設備的應用而言,短距離無線通信技術,更適合智慧穿戴用戶之間、智慧穿戴設備,與其他便攜式電子設備之間的數據通信和資訊共享。

目前智慧穿戴設備與終端的通信,大部分是基於W L A N 、藍牙、NFC等,短距離無線通信技術,應用數據的同步採用私有協議。

用戶可以透過NFC技術,將可穿戴設備與智慧手機相連,不需要其他複雜的設置;用戶可以透過藍牙和WLAN技術,從可穿戴設備中獲取數據,並將數據發送到智慧手機或雲端,同時又不會消耗太多電量;用戶還可以借助WLAN直連技術,直接將兩個Wi-Fi設備連接在一起,無需設置接入點。此外,智慧穿戴設備也可以透過3G、LTE等行動通信技術,進行數據傳輸或分享。

3.6 數據計算處理技術
人機交互輸出介面或回饋,包括文字顯示、數據分析、語音反饋、動態或虛擬影像等,所有這些輸出介面的呈現,都必須透過內容運算系統分析,如擴增現實(Augmented Reality,AR)、虛擬現實(VirtualReality,VR)、AR結合VR的混合現實(MixedReality)、立體投影等各種現實內容計算,和環境感知分析,以及各種測量分析計算如血壓、血氧、心率、脈搏、體溫等。

此外,雲計算、大數據等相關數據處理技術,可以將智慧穿戴設備採集的數據即時、準確地發送到後台,透過對收集到的數據,進行有效的統計分析,可以為用戶提供合理的建議。

3.7 提高續航時間技術
在智慧穿戴技術裡,如何提高設備的續航時間,是關注的重點,也是要解決的重要問題。目前主要的解決方法有三種:

一是從操作系統、晶片、螢幕,以及終互聯等方面,來減少功耗,在性能與功耗之間找到平衡點;

二是增加電池容量,如彎曲電池技術可在縮小電池體積的同時,增加電池容量;

三是透過無線充電、極速充電、太陽能和生物充電等技術,舒解該問題,但這些充電技術大多處於研究階段,尚未大規模商用。

3.8 數據交互技術
智慧穿戴設備的價值,不僅是簡單的硬體功能,還包括依託於硬體的軟體和數據服務。但是目前很多廠商的應用和雲服務封閉,存在數據孤島,不能與其他設備共享數據,缺乏開放產業生態環境。

因此需要開放並統一智慧穿戴設備、手機、雲服務之間的接口,推動資訊的流動和共享,消除數據孤島,為用戶創造出更多的價值。

智慧穿戴設備與雲平台的交互方式,按照通信方式的不同,可以分為兩種:一類是智慧穿戴設備具備通信能力,能夠直接與雲平台交互;另一類是可穿戴設備不具備通信能力,需要透過手機與雲平台交互。


4 智慧穿戴設備發展展望
4.1 市場規模進一步擴大
隨著智慧穿戴設備在2014年的爆發,2015年隨著蘋果的Apple Watch正式推出,華為的Huawei Watch、HTC的Grip健身手環和虛擬現實頭戴設備Vive等,新產品的發佈,智慧穿戴產品將會變得更加時尚、智慧,種類將更加豐富。

據IHS預計,全球可穿戴設備市場在2018年將達300億美元。IDC預計2018年全球出貨量將達到1.119億部,年複合成長率達到78.4%。

4.2 產業鏈各方進一步加強合作
可穿戴設備市場產業鏈主要包括硬體、行業應用、社交平台、營運服務、大數據、雲計算等環節。目前可穿戴設備產業還不夠成熟,不同廠家的產品彼此獨立封閉缺少合作,數據缺乏有效共享。

同時每個可穿戴設備都開發自己的應用,以及數據業務平台。這種端到端的研發模式,投入大而且風險高,同時人力資源分散,難以專注於自己的核心優勢。未來智慧穿戴設備產業鏈上各方將會加強合作,共同促進該行業的發展。

4.3 智慧穿戴設備與相關技術進一步融合併標準化
透過標準化可以促進產業分工,以及加強不同領域企業間的互通合作,從而優化資源配置,提高研發效率和品質,使得產業鏈中各方加強創新,打造出有核心競爭力的產品。

可穿戴設備與手機的數據管理,和應用接口標準化,便於實現多種可穿戴設備整合,降低第三方開發應用的複雜度,多數據融合和共享標準化,便於用戶統一管理和拓展生態鏈。

隨著智慧穿戴設備市場的擴大,智慧穿戴設備與生命健康、行動互聯網技術,將進一步融合,可穿戴設備低功耗設計和研發水平,將進一步得到提高,智慧人機交互技術,及產品應用,將會得到發展。在低功耗與高效能的微處理器、智慧人機交互、柔性可拉伸器件、微型化供能、短距離無線通信等關鍵技術,得到進一步突破之後,智慧穿戴設備的市場將進一步擴大。

4.4 智慧穿戴設備安全性進一步加強
大部分智慧穿戴設備採用開放式操作系統,且與外部通信採用無線連接方式。而且現階段產品開發,更多注重的是功能的實現,對於設備本身安全性關注並不高,導致存在諸多安全風險。智慧穿戴設備面臨的主要資訊安全風險,來自於兩個方面:內部漏洞和外部攻擊。

部分具備虛擬現實功能的智慧穿戴設備,使用戶在使用時會分散注意力,影響用戶人身安全。GoogleGlass使用戶眼睛長時間聚焦,這可能會對原來人的生理結構,產生一定影響。

所有電子設備都會產生輻射,而智慧穿戴設備長期與人體貼身接觸,特別是眼鏡、頭盔等頭戴式設備,所以對智慧穿戴設備的輻射進控制、要求和規範顯得尤為重要。

部分與皮膚長期接觸的可穿戴設備,造成使用者皮膚產生不適,或過敏反應,需要防止可穿戴設備對身體造成的傷害。隨著智慧穿戴設備的普及,智慧穿戴設備的安全性,將會受到更多關注,其安全性將會得到逐步提高。

4.5 相關應用越來越豐富
目前,面向智慧穿戴設備開發的應用較少。在應用程序的數量上,如Pebble智慧手錶有1 000多種應用,而索尼智慧手錶有200多種應用,Gear則只有70多種。

與智慧手機產品用戶需求不同,各類智慧穿戴產品面向不同的細分市場,所以智慧穿戴應用的生態系統碎片化嚴重,這也是可穿戴應用較少的原因之一。

開發人員為這些環境開發應用,變得非常困難,時間和精力成本大大提升,而應用正是智慧穿戴設備發展的關鍵。

另外, 一些殺手級應用對於可穿戴設備的普及必不可少。而目前很多可穿戴應用,仍然像是智慧手機和平板電腦應用的擴展,可穿戴應用需要打破這種模式,針對智慧手機做不到的事情開發應用。

未來佔據智慧穿戴設備重要市場佔有率的腕帶類設備,在健康和健身類別,將產生殺手級應用,一款原生於智慧穿戴設備的廣泛應用,將有助於推動智慧穿戴設備的普及和應用開發。233180629


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