浅谈可穿戴计算的发展
哈尔滨工业大学 计算机学院 杨孝宗
【摘要】现在，计算机像衣物那样穿戴在我们的身上。就是人们熟知的可穿戴计算机。加上各种其他部件，也就变成了智能可穿戴设备。人们需要计算机，更需要紧密的人机交互，更加随意的无处不在计算。在这样的需求下，可穿戴计算应运而生。由于计算技术及跨学科技术的飞速发展，又极大地推动了可穿戴计算的发展。本文从可穿戴计算的概念及应用入手，根据当前出现的诸多新科技成果，新的迹象，分析其发展趋势。
【关键词】可穿戴计算 智能 新迹象
1、可穿戴计算系统是什么[1]
什么是可穿戴计算系统？不同的人有不同的解释，因为它是一个新的事物，有不同说法不足为怪，但是，不管如何说明，都离不开应用。比较被多数人接受的是，可穿戴计算系统是“按需求将微小型计算机及相关设备合理地分布在人体之上，人机合一以人为本，以实现移动计算的系统。”比如下图的手机，智能手环，智能手表，谷歌眼镜等等。
2、可穿戴计算系统的应用 [1]
可穿戴计算系统是伴随着人的活动而发挥着极大作用的。下面举几个典型的应用领域。
2.1，医疗与健康的应用
人体特征传感器，计算机，无线收发器集成在人体上，实现人体特征的数据采集，存储，处理，无线传输。实现人体状况与医生的实时互联互通。
比如，下图所示可穿戴式心电仪系统。
基于谷歌眼镜的医疗诊断，可实现异地会诊 防老人走失的智能定位鞋
2.2，智慧警务
利用智能可穿戴设备可以实现实时警务信息传输，实时处理，提高警务效率，减少警务人员负担以及伤亡。如下图常用的警务通
警务通
2.3，实时维修系统
可穿戴维修系统，集资料图纸、维修提示、专家指导为一体，极大地提高了维修效率和维修速度。
可穿戴维修系统
2.4，人们的日常生活
2014年“零点远景e动”针对438位25 -35岁的城市居民的调查结果，智能可穿戴技术与哪些物件相结合：
• 49.1% 手表
• 45.7% 项链
• 37.9% 手链或腕带
• 28.1% 头饰
• 25.8% 戒指
• 24.9% 腰带
• 20.8% 眼镜
• 18.9% 鞋
2.5，军事应用
可穿戴计算技术结合到士兵身上，构成了“数字化单兵”系统，极大地提高了士兵的作战能力，做到士兵可以与司令员直接通话。为抢占信息高地，为夺取信息战的胜利起到了无可替代的作用。
综上所述，可穿戴计算技术可以在人民生活，国家建设各个方面发挥重要作用。
3、可穿戴计算的关键技术[2]
3.1，系统的基本构成
无论体积多大，也无论用在哪里，一个可穿戴计算系统主要由如下部件构成：
微小型多端口低功耗计算机（硬件、软件、）
计算机接口、
电源系统、
感知设备、
无线收发器。
3.2，关键技术
绝大多数可穿戴计算系统，都在如下关键技术的支撑下完成其功能，实现其应用：
微小型高性能低功耗计算机
微小型高效率电源（电池）
高性能微小型输入/输出设备
无线组网技术（基站/自组网）
智能交互
智能织物
系统软件（操作系统、移动数据库、应用软件等）
4、可穿戴计算在快速发展中[1] [3]
4.1，简单的历史回顾
可穿戴计算的起源可追溯到1955年，由美国的Edward.O.Thop 推出可穿戴计算机，以后不断有人推出各种用途的不同类型的可穿戴计算系统。比如1981年Steve Manner 就研制出了背负式计算机，头戴显示器，有七个开关控制的闪光灯。1991年美国 CMU大学的系列产品Vumen，用于维修，浏览建筑图。1994年Steve Mann 又实现了系统的无线上网。1996年我国在哈工大召开了“首届全国可穿戴计算学术会议”，2000年后开始了产业化。在系统智能化，高可穿戴性，面向医疗健康、军事、城市、日常生活等应用上，可穿戴计算发展极其迅速。
可穿戴计算的出现和发展，使“人围着机器转变换到机器围着人转”。
4.2，从新迹象看可穿戴计算的变化和发展趋势
可穿戴计算是在各个领域的迫切需求下提出来的，是在跨学科的技术迅速发展下发展起来的，即所说的“需求牵引，技术推动”。当前，各学科纷纷推出新的研究成果，并结合到了可穿戴计算系统，使其焕然一新。让我们分析下面几个新的迹象。
4.2.1，元器件及设备集成度大幅提高，极大地减少了系统体积
比如，深受关注的谷歌眼镜（如下图所示）。计算机、显示器、收发器、摄像头、控制器等集成到小小的眼镜腿和镜片上，应用起来非常方便。
谷歌眼镜结构
计算机及相关设备的小型化，促成了可穿戴系统的小型化，从而迅速地拓宽了应用领域。
4.2.2，系统操作更加智能化
一直以来，可穿戴计算系统是人通过按键来进行操控的，可是当前出现了通过人的大脑信号来实现控制的系统，即称之为“意念控制”。最早实现意念控制的是在英国，如下图所示。使用者可以在打算拍照片并发送的意念下，使谷歌眼镜拍照片并发送。
4.2.3，新的显示技术
微小型投影仪 柔性显示屏
上图是手环式微小投影仪，这样小的投影设备，将会改变可穿戴计算系统
仅依靠传统显示屏的状态。加上柔性显示技术，从而改变了系统结构和系统模式，增加了应用领域。
4.2.4，智能织物的强劲介入
智能织物的接入不仅极大地提高了系统可穿戴性，而且改变了系统结构，
进一步加强了人机交互。
本来，可穿戴系统就要“穿戴”在身上的。在智能织物介入之前，围绕在
人体上的只能是金属的条条块块。有了智能织物，则恢复了“可穿戴”的本性。
智能织物本身，是利用智能纤维或感应纤维纺织而成。有的传感器、显示器、
信号连接、按键等等，都可由智能纤维制成，这样，一个可穿戴系统，外表上
看去就是一件衣服加配饰。早期的基于智能织物的可穿戴系统，如下图所示。
基于织物的传感器 织物开关
4.2.5， 新能源技术
一个可穿戴计算系统是否真正发挥作用，能源是关键。谁也不会希望自己的应用系
统，仅工作一会就没电了。目前主要依靠的是电池，普通用的锂电池连续工作时间是非常有限的。因此电池问题成了系统的瓶颈。当下出现了如下图所示的铝电池和无线充电技术，给了人们一个改善能源供应的新希望。
铝箔电池 无线充电
综上所述，可穿戴计算正在飞速发展中，可以预见，它必将更紧密结合人类的日常生活，成为我们的服饰，但是却将发挥着越来越重要的作用，尤其在医疗与健康，智慧化城市建设，国防建设等方面，会首先感觉到它的威力。
参考文献
【1】 杨孝宗 分析可穿戴计算的发展趋势 第四届全国可穿戴计算学术会议，2014年.
【2】 Yang Xiaozong Networked wearable computer architecture NICST’2017.
【3】 杨孝宗 是什么阻碍了可穿戴计算产业的进一步发展 第五届全国可穿戴计算学术会议 2015年.
作者简介：杨孝宗，1939年1月13日出生，哈尔滨工业大学计算机学院，教授博士生导师。
