现在&未来智能可穿戴设备

王少然 刘成

智能可穿戴设备一般是指穿戴在人身上、具备智能特性的设备的总称，也可认为是集成微型计算机、通信、感知等装置，为用户提供个性化服务，可穿戴于身上的微型电子设备。

通过智能可穿戴设备，可以更好地感知外部与自身信息，能够在计算机、网络甚至其他人的辅助下更为高效地处理信息，以及更好地实现无缝交流。目前，智能可穿戴设备主要包括智能眼镜、智能手表、智能手套、智能服装及鞋、智能首饰等。随着技术进步以及用户需求，智能可穿戴设备的形态与应用热点也在不断变化。

智能可穿戴设备作为前卫风潮，已引起各界特别是军事部门的高度重视。

纵观当下智能可穿戴设备，其主要呈现以下特点：

使用便捷，体验性强 可穿戴，佩用性强，使用操作极具人性化，不需刻意思考如何操作，方便体验。

技术先进，智能高效 拥有先进的电路系统，无线联网，具有极强的处理能力。使用标准操作系统具有全功能计算、视频图像捕获和传输、多种语言通话、全球定位系统等功能。

智能可穿戴设备除了应用于民用和工业领域，在军事领域也具有较好的应用前景。士兵可以将该类设备像作战服一样穿在身上，在作战过程中方便快捷地处理各种信息。

军用智能可穿戴设备包括安装在士兵肩部的全球定位系统，连接到士兵胸部的计算机、视频摄像机以及多种传感器等。该类设备具有导航功能，也可以为士兵提供态势信息，帮助士兵辨别敌友，并且具备为士兵提供应对危险情况决策帮助的能力。借助该类设备，士兵在战场上不用动手就能接收信息，同时还能保持对目标的瞄准。

某些智能可穿戴设备可以作为单兵装备单独进行应用，如定位装置、夜视眼镜等，但大部分智能可穿戴设备需要与其他信息装备进行交互，以融合形成一个整体，进而为士兵提供多种服务。

单兵综合作战系统就是集成多种穿戴式设备的新型装备，单兵综合作战系统中的单兵电台、单兵计算机、头盔显示器、骨导式送受话器、卫星定位模块等都是穿戴式设备，随着智能可穿戴设备的发展与成熟，单兵综合作战系统的功能也将不断丰富。

穿戴式技术在国际计算机学术界和工业界一直备受关注，但由于成本高、技术复杂，很多设备仅停留在概念领域。随着移动互联网的发展、技术的进步和高性能低功耗处理芯片的推出，部分设备已走向商用化。譬如谷歌、苹果、微软、索尼、奥林巴斯、摩托罗拉等诸多科技公司已开始在这个全新领域深入探索，推出多款新型产品，具有一定的应用前景。

智能穿戴式设备近年来在民用市场上涌现出若干创新产品，其中以谷歌眼镜、苹果智能手表最具代表性。

谷歌眼镜是GPS导航、微型投影仪、摄像头、传感器、存储传输和操控装置的结合体，同时具有眼镜、智能手机、网页浏览等功能，可通过特殊镜片将信息实时展现在用户眼前。

苹果iwatch智能手表是苹果手机的补充，采用曲面玻璃设计，拥有通信模块，具有调整播放清单、查看通话记录和回复短信等功能，其采用iOS系统。

三星、华为等多家国内外公司研发的智能手环，均可跟踪用户的日常活动、睡眠情况及饮食习惯等，并可将数据同步传输至iOS、Android系统，帮助用户了解和改善自身的健康状况。

索尼公司开发的头盔显示器HMZ T1，可提供实时UDK（Unreal游戏引擎开发工具包）头部动作跟踪演示，由麻省理工大学开发的软件可以免费下载。

BrainLink智能头箍是一种头戴式脑电波传感器，由深圳市宏智力科技有限公司专为iOS系统配套研发。可通过蓝牙无线连接手机、平板电脑、手提电脑、台式电脑或智能电视等终端设备，配合相应的应用软件实现意念力互动操控。Brainlink智能头箍引用了国外先进的脑机接口技术，外观独特，软件强大。

Glove One手套式手机由美国密尔沃基的布莱恩·塞拉设计，可以像手套一样戴在手上，外形像未来机械铠甲的一部分，按钮位于手指关节内侧，拥有SIM卡插槽和USB接口。将手摆成“六”字造型后，拇指作听筒，小指作话筒，即可实现通话。

麻省理工学院媒体试验室的科学家普拉纳·梅斯瑞（Pranav Mistry）发明的“Sixth Sense”（第六感）系统，由可读懂手势的摄像头、微型投影仪和智能手机组成，可挂在胸前使用。摄像头拍摄图像，手机软件对其进行处理，结果可投影到如手、白墙、纸上，甚至其他人的衣服等地方，实现将真实与虚拟结合为一体。

微软研究院推出的新型佩戴式多点触控投影机，整合深度感测相机和微型投影仪等功能，可将核心内容投影到附近的任一平面，并进行点击、滑动以及缩放操作。目前该设备略显笨拙，但触摸式输入的整体效果较好。

D-Shirt运动服是法国Cityzen Sciences公司研发的高科技运动服装，其面料嵌入的传感器与蓝牙收发器相连，可跟踪用户活动，并将收集的数据传输到智能手机中。收发器取出后，可洗涤、熨烫，运动服质量和普通T恤无区别。

谷歌智能鞋由谷歌和创意设计机构YesYesNo以及Studio 5050合作完成。该鞋内部装配有加速器、陀螺仪等装置，通过蓝牙与智能手机进行连接，进而监测用户的使用情况。此外，该鞋配有扬声器，传感器接受的信息可以语音的形式播放出来。

Orange公司推出的充电靴可利用脚部热量进行发电。鞋内的热敏部件由半导体材料制成，内嵌在靴底，利用脚底热量与较冷地面的温度差产生电力，温差越大靴子产生的电量越大。当前，穿靴子在地面踩12个小时，为手机充电的电量约可使用1小时。

智能可穿戴设备用于军事，有助于士兵在信息化战争中更为准确、快速地感知、获取、利用和分发信息，最终实现信息制胜。尽管目前军用智能可穿戴装备处于研发初期，但一些国家的军事部门已经充分认识到了其军事应用的优势。

Q-Warrior头盔显示系统由美国国防高级研究计划局（DARPA）为步兵研制设计，该装置可附着在头盔上，其显示屏置于前方，结构简单，但体积比谷歌眼镜或类似产品大，像战斗飞行员用的平视显示器。该系统的显示仪分辨率高，可提供战场数据和信息。该系统强化了夜视功能、导航和路线标注功能，可提升士兵对战场的感知能力，可对士兵面临的潜在威胁和危险进行提醒，可通过作战分队内部共享的信息分辨人质和敌人，或跟踪敌人行迹。未来，该系统将与智能武器集成，屏幕可显示士兵健康状况、前进方向、弹药量等信息。其有望作为美陆军2013年5月公布的尚处于研制阶段的“战术突袭轻型作战套件”项目的一部分进行部署应用。

AWIS陆军全球军事指挥控制系统是一种智能头盔，装备美军特种部队士兵和陆军CH-47、UH-60等直升机乘员。今后，该系统将主要为网络数字化战场指挥官提供多方面的信息。直升机飞行员利用该系统，可以指挥地面部队行动。驻阿富汗美军即是通过该系统与美军驻阿富汗部队最高指挥官戴维·彼得雷乌斯进行直接通话。

“耳朵”单兵枪声定位系统于2011年装备美国陆军驻阿富汗部队。该系统由奎奈蒂克北美公司研发，计划装备陆军快速装备部队（REF）及包括班、排在内的所有作战单位，同时与美军士兵系统等其他项目集成。该系统由4个声学传感器和显示器组成，传感器组件仅有一副扑克牌大小，佩戴在士兵右肩，可对敌方射击产生的超声波进行探测，显示器则安装在士兵防弹衣上。该装置体积小、质量轻，可瞬间显示出敌方射击的方向和距离，从而帮助徒步士兵获得全面的态势感知。

国外正在研制一种新型雷达头盔，通过运动传感器，可探测到烟雾中或者水泥墙后的敌人，探测半径为25m，质量不超过1.1kg，约一半质量附着在头盔上。

M-25燃料电池是一种使用甲醇燃料的可穿戴电源，由杜邦和德国SFC智能燃料电池公司研制，这种电池比传统电池轻80%，却能够提供至少72小时的持续供电。M-25能持续提供最低20W、最高200W的电能，比美军现在的供电设备性能高3倍。在充电站数量稀少的恶劣环境下，这些电池能够保证导航和通信系统持续数天正常工作。

智能穿戴设备虽然市场前景看好，但仍然有低功耗、系统集成、多传感器、人机交互、高效能源等技术瓶颈需要突破。

低功耗技术 智能可穿戴设备的软件和硬件都要面向低功耗设计。一是硬件平台设计，主要立足于嵌入式技术和低功耗微控制（MCU）技术，采用低功耗芯片，并选择定制人机交互技术支撑;二是操作系统设计，依托成熟的嵌入式操作系统，对其功能进行裁剪，满足战术需要即可。

系统集成技术 主要体现在模块集成和功能集成两方面。模块集成主要采用先进的封装技术，通过系统级封装（SIP）微型化技术，将穿戴式设备元件整合到极小的单一封装中。功能集成主要依托低功耗的无线体域网技术实现功能的合理配置和设备的互联互通互操作。

多传感器技术 主要集成运动传感、生物传感、环境传感等装置。运动传感技术包括加速度传感器、陀螺仪、电磁传感器、大气传感器等，实现运动探测、导航、人机交互功能，进而达到测量、记录和分析人体活动的效果。生物传感技术主要采用血压传感器、心电传感器、肌电传感器、体温传感器、脑电波传感器，实现人体生理机能参数测定，评估士兵作战状态，为支援保障提供数据支撑。环境传感技术主要采用温湿度传感器、气压传感器、紫外线传感器、麦克风、图像视频采集设备等，对战场环境实时感知。

人机交互技术 主要包括显示、手势控制、语音控制、人脸识别等技术。显示技术多采用智能眼镜的LcoS（硅基液晶）、智能手表的OLED显示、电子墨水、融合背景光和微投影等途径实现。手势控制技术一般包括触控、手势识别和手套控制等，未来实现通过虚拟视图的控制。

高效能源技术 主要包括高能量密度电池技术、可续航电池技术、快速充电技术以及无线充电技术。高能量密度电池技术需结合小型化和轻量化的需求，综合权衡电池的能量、体积、质量三者之间的关系。可续航电池技术应在柔性太阳能电池、体温感应微发电、人体运动微发电等技术上取得突破。

智能可穿戴设备应用于军事领域的前景较好，能够大幅提高士兵作战的信息化水平，但目前来看尚有几个问题需要关注。

可穿戴设备的技术难点不仅体现在集成化、智能化要求方面，其配套的创新材料、图形设计、传感与无线传输技术、电池技术等都是制约因素，尤以电池技术最为关键，没有足够长的电力续航能力直接影响用户体验。如果应用于军事领域，还将增加环境适应性、电磁兼容性、战术适应性等一系列技术难点。

智能可穿戴设备的使用对象是单兵，形成产品后装备数量将会极大，具有较高的性价比是大规模推广应用的前提。而相比较其他武器装备，智能可穿戴设备集成度高，感应设备多，电池技术先进，成本自然不会低，就目前民用的智能眼镜、智能手表而言，价格少则几千，多则上万。而军用产品各方面要求更高，价格远远超过民品，因此经济性将成为其推广应用的重要制约因素。

目前民用市场上的智能手表和智能眼镜在体积、质量上还未能达到普通手表和眼镜的水平，应用于军事领域后体积、质量还将进一步增加，没有较好的舒适便捷性能，很难得到部队认可。再者，多数智能可穿戴设备必须跟其他装备（如单兵计算机）交互，甚至需要接入作战信息网络，但哪些信息应该显示在可穿戴设备上，多种信息、功能在各个设备上如何分配，多个设备如何切换使用等一系列问题尚未统一认识，军事需求的清晰构筑有待明确。