基于技术成熟的可穿戴设备发展分析
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摘要：可穿戴设备是21世纪电子信息与人工智能技术发展的产物，其技术及产品的成熟必须历经科学的演变过程。本文分类剖析现阶段技术和产品的局限性，从把握技术节奏、构建独立体系、突破人机交互、重造市场契合等角度，阐述可穿戴设备的困境突破的方向和路径，尤其需要人机交互和人工智能的技术方面的突破。
关键词：可穿戴设备;人工智能;人机交互;技术
中图分类号：TP368.3 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.06.006
文章编号：1006-1959（2019）06-0016-04
Abstract：Wearable devices are the product of the development of electronic information and artificial intelligence technology in the 21st century. The maturity of their technology and products must undergo a scientific evolution. This paper analyzes the limitations of current technology and products， and discusses the direction and path of the breakthrough of wearable devices from the perspectives of grasping the technical rhythm， building an independent system， breaking through human-computer interaction， and re-establishing the market fit. In particular， human-computer interaction is required and technical breakthroughs in artificial intelligence.
Key words：Wearable device;Artificial intelligence;Human-computer interaction;Technology
現代社会划时代产品的涌现以IT技术为主流，譬如电报、电话、手机、电脑等，进入21世纪后，当智能手机完成了重构人与信息交互的场景和时间习惯之后，可穿戴设备便跃出台面，作为一种更激进的概念乃至于更先进的产品进入社会和人类生活。从出现到现在短短不到十年，可穿戴设备从到炽手可热到处境尴尬，其间有什么样的障碍或不足，面临怎样的未来和前景，我们很有必要对其中的科学规律做一研讨。
1概念和应用
从当前而言，可穿戴设备的定义不够完整，仅仅能从广义特征上进行描述：可穿戴设备是可直接穿在身上或整合到衣服或用品上甚至附着或植入人体，通过以硬件为基础的数据交互、以软件为支持的人工智能、以云端交互来实现强大功能的系统[1]。另外，对可穿戴设备的应用价值上尚不完全清晰，也只能从前景预言可穿戴设备未来会对我们的生活、感知带来巨大的转变[2]。正是对这一新生事物的认知尚不准确和深入，可穿戴设备的技术演变和产品成熟不仅需要时间同时需要历经阶段。
2技术萌芽与产品困境
可穿戴设备起源是有其现实意义的，其出现和发展会对我们的生活方式、卫生保健、健康感知带来前所未有的转变，甚至有人认为可穿戴设备是智能医疗的突破口，能从巨大的医疗市场分得可观的收益。从2012～2016这五年间可穿戴设备迅速成为智能终端产业的热点，相关投资极其活跃，各类企业如雨后春笋般推出了各式各样的可穿戴设备，让市场空前繁荣[3]。在这一时期，随着商业宣传及媒体大肆的报道，可穿戴产品无处不在，体验人群的数量呈几何指数增长。2017年以后可穿戴设备虽然仍维持着一定格局，也有众多专家和投资者预测不可估量的市场规模和美好的未来，但我们不得不看到自以谷歌眼镜为代表的“智能可穿戴设备元年”到诸多期待却未有新贵的2018年，可穿戴设备依然停留在智能手表、智能眼镜和智能耳机的初级阶段停滞不前，消费市场也远达不到预期，可穿戴设备进入困境和低谷不可否认[4]。
现代社会任何产品的研发、生产和消费都必须依靠先进技术保障和产品成熟度的支持，否则在经历过高期望和泡沫化的峰值后必将进入低谷期，可穿戴设备正在进行这样的循环过程。
纵观技术和产品现状，可穿戴设备产业原始推动力来自运动健康需求，在几乎所有成型的可穿戴设备中，包括Watch类（包含以手为支撑的手表和手环等），Shoes类（包含以腿为支撑的鞋、袜子或者佩戴品等），Glass类（包含以头部为支撑的眼镜、头盔、头带等），以及智能服装、书包、拐杖、配饰等非主流形态产品，运动和健康功能不可或缺[5]。概念的实现必须以技术作为支撑，就眼下而言，从技术支撑的角度分析可穿戴设备存在的问题却被忽略或回避。我们可以把现市场已经出现的可穿戴设备以用途特点划分为四类，从不同的应用场景下对其技术局限性进行分析：
2.1医疗管理类 此场景应用应属于科技含量最高的情形，把可穿戴设备用于慢性病管理，通过临床信息的快捷采集、实时监测来提高健康管理水平。体征信号监测是运动健康类设备支柱性功能，包括心电、血压、脉搏、血氧、运动、体脂、体温、呼吸率、血糖监测等，而且越来越多的体征指标采集设计客观上的确能扩展可穿戴设备的功能与价值，然而对高新传感器、模拟混合信号处理及相应的数字处理算法、功耗支持、系统可靠性保证等要求，无一不是对可穿戴设备前景与生命力的挑战[6]。①可穿戴医疗类设备无独立运行环境的先天条件决定了信息采集的方式必须与临床诊疗标准一致，否则将无法对接优质医疗资源;②可穿戴设备的低功耗要求提高了采集技术的门槛，绝大部分生理或疾病信号难以获取;③无创获取慢性病评判指标技术尚无突破，诸多理念停留在臆想阶段，产品价值大打折扣。总而言之，不能达到准临床标准是可穿戴设备实现医疗与健康应用的瓶颈。 2.2安全监护类 此应用场景的价值点关注中国进入了老龄化社会，可穿戴设备能为子女提供便捷的手段监管老年人的生活，特别是能对危险状况做出预警。这种可穿戴设备的机理是除了监测老年人的关键生命体征外，对身体的物理位置进行跟踪和定位以寻找走失老人或者提示老人可能跌倒的情况[7]。这类设备除了存在医疗管理类的不足外，还有两个重要缺陷：①设备稳定性不足，不准确的数据就不能获得使用者的信任;②现有技术无法区分环境数据和生理体征数据，离开环境谈对老人的监护只会让用户体验变差。
2.3信息娱乐类 VR眼镜是这类可穿戴设备的代表，借助微电脑及传感器技术，实现VR方式下人机交互。这种需求是非刚性的，而且绝大部分功能被手机或其他手段替代，所以这种功能的产品在可穿戴设备中一直沦为“鸡肋”地位。
2.4运动健身类 可以说在运动健身领域的应用曾激发了可穿戴设备的市场热情，以轻量化的手表、手环、配饰为支撑，实现运动如心率、步行数或户外数据（例如海拔、气压、潜水深度等指标）的监测、分析及管理服务[8]。但这类功能是以蓝牙连接的手机或其他终端的便携式外设实现，应用价值正在被手机取代。从某种意义上讲，智能手机倒成为目前应用范围最广、科技与市场结合度最高、功能最为强大的可穿戴设备。
除此之外，各类可穿戴设备的使用所带来的隐私保护问题日益严重[9]。可穿戴设备获得的个人数据量越多，隐私信息被泄露的风险就越大，因为在大量个人生活和健康数据中潜在着大量的经济与政治利益，尤其是在大数据时代，其中隐藏的社会问题远远超过以往。
3轨迹与突破
尽管眼下的可穿戴设备发展身处困境和进入低谷期，但把可穿戴设备的发展方向归结为可深刻地影响着人类的生产和生活方式的论调一点都不夸张，可穿戴设备一定会迎来稳步爬升的光明期[10]。在发展的轨迹上，应致力实现三个瓶颈问题的突破。
3.1把握技术节奏 可穿戴设备所依赖的科技在计算机和工业界一直都备受关注，但受技术复杂、高性能低功耗处理芯片、数据标准不统一、造价成本高等客观条件的限制，大部分相关设备停留在概念领域，少数走向商用化的设备，也基本停留在低级阶段，简单而言单纯为追求医疗或保健作用而制造可穿戴设备的技术目前尚不成熟[11]。
从技术节奏角度，可穿戴设备的市场成熟至少要经历三个阶段：①日用品升级：这一阶段的目标是解决人体自身需求，设备从最初的以心脏监测、运动检测和呼吸监控为主的手表、手环，到后来的毛绒玩具蓝牙音箱、单双耳自由切换的蓝牙耳机、充当电子名片的智能戒指等，设计思路和解决方案都是在最常见的日用消费品上附加AI功能[12]。②物联网辅助：人类社会进入智能化后，可穿戴设备除了解决人体自身的健康运动需求外，同时能为人与物之间建立接口和通路，包括智能家居、无人驾驶汽车、智慧城市，辅助日常的生活及出行，可穿戴设备将承担“助理”角色[13]。③人体不可或缺的组成部分：这一阶段的特征是可实现人体感官拓展，借助于可穿戴设备代偿人体器官功能，增强理解能力及提升记忆容量，构建不同语言体系之间的无障碍交流，强化视觉、听觉、味觉等人体的感官功能[14]。
3.2构建独立体系 可穿戴设备的技术进步一定是在经历了前一个阶段的稳定和成熟之后方可启动下一个阶段的发展，技术难题的背后往往是利益的博弈。市面大多数智能手环或非通话型手表产品必须与手机的联接方可使用，可穿戴血压心电设备的设计理念均寄希望于与专业医疗机构的对接，但受制于利益分配的矛盾可穿戴設备的活度受到相当挤压。爱立信消费行为实验室2016年的调查数据表面，30%以上的使用者在购买几周内便弃用设备，主要原因是受限制的使用功能、非独立使用、缺少内置专门联网等。由此可见，可穿戴设备使用场景非专业化、不聚焦，成为其继续增长的一大掣肘[15]。构建独立运行系统，破除利益障碍，是可穿戴设备成长的必经之路。另外，独立的运行系统，才能保障客户安全，这也是可穿戴设备的生命线。
3.3突破人机交互 穿戴设备本身所包含的智能和穿戴两个基本概念的实质是达到便捷化和高度的人机交互问题。当前阶段可穿戴设备的价值瓶颈在于，人机交互的方式无法实现从界面操作交互到人机体感交互的转变，人向机器的表达既不充分也不准确。真正的人机体感交互可以在人的肢体或器官直接与数字设备及环境之间形成闭环反馈通路，人可以随心所欲地操控设备。人机交互技术的发展有赖于穿戴或者植入的人体微传感器的创新，方能有效地将人体内环境与人工硬件及外界环境联接和结合，实现人与智能设备之间的体感交互[16]。
3.4重造产品与市场契合 市场是检验技术和产品的唯一标准，解决人类发展和现实社会的刚性需求是可穿戴设备的愿景和出路，从优势和特色上可穿戴设备可以有两个发展方向。①以工程学优势开辟医疗新市场。现阶段人类社会面临的主要问题是疾病和人口老龄的问题，这对可穿戴设备的吸引如若磁石。目前可穿戴医疗设备看起来能用于健康监测，但实际上绝大多数都承担的是极其浅显的健康管家角色，与智能医疗的实质相距甚远，只有向医疗靠拢才会有市场甚至迎来爆发点，但若选择基于医院、医生接受而融入医疗生态，等同于放弃自身优势参与竞争[17]。另辟蹊径立足可穿戴设备的工程学及AI优势，倒可能事半功倍[18]。比如Seismic“超级套装”的设计就是帮助患者扔掉拐杖;特温特大学和内梅亨大学医学中心的科学家们正在研发激光鞋，让遭遇“冻结步态”的帕金森患者能够自由移动。这些可穿戴设备在不远的未来是爆发式的，但完全可以绕开与医疗数据的互通互认的关口。②特殊行业和人群对可穿戴设备的需求属于刚性，其中可包含满足未来人类发展的需求。比如，哈工大的学者研发穿戴式外骨骼，能将信息、传感、控制融为人机一体的“钢铁侠”，操作者穿戴这种装置就把机器的力量与人的智力完美结合，完成人体自身无法企及的任务;以色列Autotalks公司推出B2V产品，可应用于智能驾驶领域，以人车一体的效果实现大脑操控汽车或摩托车，旨在驾驶环境更舒适，降低事故发生率[19]。由此可见，将可穿戴设备的未来定位为“劳动工具”和“人力延伸”是其价值提升的重要思路。 4成熟与发展
可穿戴设备是科技服务于人类的又一壮举，然而穿戴设备的发展无法独立完成。从传统和现实意义而言，可穿戴设备的发展依赖于多元学科的发展和多领域技术的不断成熟，最主要的支撑来自人机交互和人工智能两个方向[20]。Gartner 公司在2016年发布的人机交互技术成熟度曲线，就把可穿戴设备作为技术成熟中的重要标志性节点，见图1。Gartner公司于2017年发布的未来10年人工智能度曲线，涉及70%的技术与可穿戴设备有关，见图2。
总之，可穿戴设备的发展虽然存在着不少的困难，但我们有理由相信，随着人机交换与人工智能等技术的不断成熟，可穿戴设备的春天一定来到。
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收稿日期：2018-11-30;修回日期：2018-12-10
编辑/王海静
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