可穿戴計(jì)算技術(shù)及其應(yīng)用的新發(fā)展

圖3 依次為柔性觸摸顯式、可穿戴投影顯示和頭戴音視覺顯示

2.3 老年人生活輔助

可穿戴計(jì)算從誕生之日起，其目的之一便是人體局部功能增強(qiáng)與輔助，伴隨著隨著社會(huì)老齡化問題的日益突出，老年人的生活輔助特別是夠長(zhǎng)期在自己熟悉的環(huán)境中盡可能長(zhǎng)時(shí)間有尊嚴(yán)的生活，已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)際上的研究重點(diǎn)，歐盟耗資4 000多萬(wàn)歐元開展了WearIT@work[7]項(xiàng)目，于2009年結(jié)束，歷時(shí)5年，以及第七框架支持的AAL JP項(xiàng)目(總經(jīng)費(fèi)7億歐元，2008～2013年)將可穿戴計(jì)算支持的AAL(ambient assisted living)作為核心研究?jī)?nèi)容之一，在此基礎(chǔ)上典型的應(yīng)用包括智能家居[15]、老年人日?；顒?dòng)監(jiān)測(cè)及跌倒報(bào)警等。

3 可穿戴計(jì)算未來(lái)發(fā)展急需解決的問題

3.1 可穿戴計(jì)算系統(tǒng)的摩擦性、耐受性和排異性

由于人和可穿戴系統(tǒng)或裝置在物理空間上的貼近，使人更容易受到一些來(lái)自于不合理性人因設(shè)計(jì)(如尺寸、形態(tài)、重量、材料、穿戴部位)等方面的負(fù)面影響，從而引起摩擦性和耐受性問題;此外，系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的輻射、熱量、噪聲、振動(dòng)等，這也可能引發(fā)耐受性問題，造成惡劣的用戶體驗(yàn)(如clumsy和obstructive等)[16]，另外潛意識(shí)的抗拒和排斥，對(duì)于植入式電子裝置而言則存在排異性問題。這些因素使得傳統(tǒng)的基于靜態(tài)模型的人因分析[17]方法不能很好地適應(yīng)可穿戴性研究問題，需要構(gòu)建適合可穿戴計(jì)算的新形態(tài)基礎(chǔ)平臺(tái)結(jié)構(gòu)、開發(fā)新型傳感電路材料、分析研究典型任務(wù)場(chǎng)景等動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，以解決可穿戴計(jì)算的可用性問題。圖4所示為荷蘭Xsens Technologies公司的MVN BIOMECH系統(tǒng)，可用于穿戴性及舒適性評(píng)估。

圖4 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的可穿戴性問題及舒適性評(píng)估

3.2 人體供電模式

可穿戴計(jì)算系統(tǒng)作為一種移動(dòng)終端，電源是保障“續(xù)航能力”和可穿戴性的關(guān)鍵，目前主要采取低功耗設(shè)計(jì)及配置高性能電池等相關(guān)的供電方法。但這至今仍是一個(gè)挑戰(zhàn)性的課題，行走發(fā)電、基于衣物的太陽(yáng)能發(fā)電、基于織物的柔性平面電池等都是重要的發(fā)展方向，最近《Narure》上QIN，Y等人撰文，稱可采取一種特殊纖維織物，使得人們的日常活動(dòng)中，纖維互相摩擦產(chǎn)生電能為便攜設(shè)備供電[18]。

3.3 可穿戴群體智能與社區(qū)

在可穿戴計(jì)算的感知增強(qiáng)、智能增強(qiáng)、體能增強(qiáng)和環(huán)境增強(qiáng)支持下，使得人能夠更加積極和理性的參與社會(huì)化組織的合作和競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系中去，引發(fā)更大量和頻繁的“人—人”、“人—群組”和“群組—環(huán)境”非線性相互作用，將促進(jìn)具有典型“整體涌現(xiàn)性”、“自發(fā)性”和“自下而上”特征的可穿戴群體智能(wearable based swarm intelligent)的出現(xiàn)。因此探索該智能形式影響下新形態(tài)的社會(huì)組織方式和結(jié)構(gòu)，研究實(shí)現(xiàn)個(gè)人行為識(shí)別和挖掘、人機(jī)閉環(huán)中的信息增益策略，維護(hù)可穿戴群體智能的涌現(xiàn)性基礎(chǔ);研究基于可穿戴社區(qū)等創(chuàng)新組織結(jié)構(gòu)，構(gòu)建復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)，提高復(fù)雜任務(wù)執(zhí)行能力和開放環(huán)境應(yīng)對(duì)能力等具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。如英國(guó)蘭卡斯特大學(xué)Gerd Kortuem等人提出的可穿戴社區(qū)[19]概念等，如圖5所示。

圖5 可穿戴社區(qū)模式下的“人—人”、“人—群組”交互協(xié)同

3.4 身體傳感網(wǎng)絡(luò)及可穿戴傳感系統(tǒng)

身體傳感網(wǎng)絡(luò)與可穿戴傳感系統(tǒng)，是可穿戴計(jì)算領(lǐng)域的重要研究方向，主要支持對(duì)人的感知能力的增強(qiáng)、環(huán)境增強(qiáng)、個(gè)人參數(shù)獲取和自然人機(jī)交互，這需要從底層建立支持富傳感特征的可穿戴計(jì)算體系構(gòu)架和網(wǎng)絡(luò)。目前在身體傳感網(wǎng)絡(luò)(body sensor network和body area network)研究領(lǐng)域，很多研究依賴于IEEE 802.15.4/Zigbee，IEEE 802.11，Bluetooth，GPRS和ANT等標(biāo)準(zhǔn)來(lái)連接感知各種人體生理和行為狀態(tài)的微節(jié)點(diǎn)，組建身體域內(nèi)(intrabody)和身體域外(out-body)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)[20]。國(guó)際BSN通信標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.6也正在制定中。面對(duì)生理和行為狀態(tài)感知的多源異構(gòu)傳感數(shù)據(jù)匯聚、計(jì)算處理和傳輸通信需求[21]，以及運(yùn)動(dòng)人體帶來(lái)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋄22]、信道競(jìng)爭(zhēng)[23]、體內(nèi)信號(hào)衰減[24]等挑戰(zhàn)，需要探索新的身體傳感網(wǎng)絡(luò)層次體系結(jié)構(gòu)、超低功耗及高可靠組網(wǎng)通信和信息流模型方法。

另外，可穿戴計(jì)算的隱私和安全問題、可穿戴生理計(jì)算和可穿戴機(jī)器人(wearable robot)等也是當(dāng)前可穿戴計(jì)算領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向。

圍繞可穿戴計(jì)算新興方向和未來(lái)趨勢(shì)開展研究，符合《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展綱要(2006—2020)》中“前沿技術(shù)一信息技術(shù)”的發(fā)展規(guī)劃，將應(yīng)對(duì)下一代移動(dòng)無(wú)線通信、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、生物計(jì)算，乃至納米計(jì)算和DNA計(jì)算等相關(guān)前沿方向?qū)€(gè)人域計(jì)算系統(tǒng)和技術(shù)提出的需求和挑戰(zhàn)，為新形態(tài)和新模式移動(dòng)個(gè)人計(jì)算終端和系統(tǒng)提供支撐理論和關(guān)鍵技術(shù)，可縮小我國(guó)在可穿戴計(jì)算領(lǐng)域與世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家之間日益增大的差距，具有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用研究?jī)r(jià)值。

4 可穿戴計(jì)算的新發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)業(yè)化前景

近年來(lái)，可穿戴計(jì)算領(lǐng)域的研究范疇不斷得到擴(kuò)展和充實(shí)，已成為國(guó)際計(jì)算機(jī)學(xué)術(shù)領(lǐng)域穩(wěn)定的前沿研究方向，逐步產(chǎn)生了一些重要的核心理論和關(guān)鍵技術(shù)，重要的研究成果不斷涌現(xiàn)，主要可概括為以下方面：

1)自然、和諧的新形態(tài)可穿戴計(jì)算機(jī)及人機(jī)接口。

早期可穿戴計(jì)算系統(tǒng)主要基于集中式主機(jī)和外圍交互、傳感和電源等裝置實(shí)現(xiàn)。國(guó)外Quantum，VIA，Xybernaut，Symbol等企業(yè)和美國(guó)CMU大學(xué)等先后推出了一系列采用集中式結(jié)構(gòu)的可穿戴計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，依次如圖6所示;2000年國(guó)內(nèi)也推出了可穿戴計(jì)算機(jī)樣機(jī)Netdaily I，受到包括中央電視臺(tái)在內(nèi)的國(guó)內(nèi)媒體的廣泛關(guān)注和報(bào)道。如圖7所示。

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