可穿戴技術(shù)：低功耗與傳感技術(shù)成為核心 - 全文

　　穿戴式裝置搭配手持式裝置與網(wǎng)際網(wǎng)路的連結(jié)，構(gòu)建出包含生活、運(yùn)動(dòng)、醫(yī)療…等各種領(lǐng)域等更多生活上的應(yīng)用。由于穿戴式裝置體積小巧且更貼近人體，其設(shè)計(jì)上對(duì)于體積重量、發(fā)熱、EMI、電源管理、防觸電、防濕防水防塵、舒適度甚至在時(shí)尚感有更嚴(yán)苛的要求，因此市場(chǎng)也針對(duì)穿戴式裝置，推出各式專用的微機(jī)電電子元件與感測(cè)技術(shù)。

　　穿戴式裝置專用之微機(jī)電元件

　　拜MEMS（微機(jī)電）元件技術(shù)的進(jìn)步，讓各式傳感器能輕松嵌入到手持式裝置、穿戴式裝置之中，使科技應(yīng)用無(wú)所不在。由于穿戴式裝置是穿戴于人體身上，故比手持式裝置更貼近人類，能夠延伸更多生活上應(yīng)用，或忠實(shí)偵測(cè)與紀(jì)錄人體生理機(jī)能的反應(yīng)。目前已知的穿戴式裝置，可提供人類在科技應(yīng)用（語(yǔ)音通訊/擴(kuò)增實(shí)境/個(gè)人助理）、生活品質(zhì)（食品熱量、睡眠提示、節(jié)食建議）、運(yùn)動(dòng)健身（比賽紀(jì)錄、訓(xùn)練健身、虛擬教練）、醫(yī)療輔助（心電圖、脈搏記錄、睡眠改善…等生理機(jī)能量測(cè)儀）、旅游輔助（路線建議、導(dǎo)航指示、旅程紀(jì)錄）、公益應(yīng)用（孩童/寵物/老人失蹤協(xié)尋）等各種貼心的應(yīng)用。

　　基本穿戴式裝置的感應(yīng)器系統(tǒng)架構(gòu)圖 （fp7-smac.org）

　　醫(yī)療穿戴式裝置的資訊傳遞系統(tǒng)架構(gòu)圖 （Intersive）

　　由于穿戴式裝置的體積更小，更貼近人體，且必須長(zhǎng)時(shí)間穿戴，因此這些裝置對(duì)于發(fā)熱、EMI （電磁干擾）、電源管理、防觸電、防汗/防水/防塵、舒適度、精準(zhǔn)度、體積重量，甚至?xí)r尚等要求，都比手持式裝置更為嚴(yán)格，因此各廠商在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，就必須顧慮到這些課題。而MEMS微機(jī)電零件供應(yīng)商，也提供各種不同等級(jí)的產(chǎn)品，以符合系統(tǒng)廠商在設(shè)計(jì)穿戴式裝置時(shí)的需求。

　　穿戴式元件的市場(chǎng)與趨勢(shì)

　　因應(yīng)穿戴式裝置的市場(chǎng)起飛，讓物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things；IoT）的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，不管在醫(yī)療保健、運(yùn)動(dòng)健身、娛樂(lè)資訊、工業(yè)產(chǎn)品、國(guó)防安全等領(lǐng)域都將用得到，使得MEMS元件與感應(yīng)器的需求跟著水漲船高。據(jù)Research and Markets研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，2013年全球消費(fèi)電子用的感測(cè)器市場(chǎng)規(guī)模為152.7億美元，并以9.7%的平均復(fù)合年增率，預(yù)計(jì)在2020年達(dá)到292.5億美元。

　　MarketsandMarkets的研究報(bào)告中說(shuō)明，醫(yī)學(xué)專用圖像感測(cè)器市場(chǎng)規(guī)模在2018年將達(dá)到107.5億美元，平均復(fù)合年增率為3.84%。出貨量部份，2013年達(dá)16億個(gè)，預(yù)計(jì)2018年將達(dá)到30億個(gè)。

　　至于Image Sensor（影像感測(cè)器）部份，依據(jù)Grand View Research研究機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，到2020年的全球出貨量可望達(dá)30.092億個(gè)，2014~2020年平均復(fù)合年增率為6.7%，到2020年將達(dá)到120億美元。

　　穿戴式裝置的元件－CPU、MCU

　　當(dāng)今高階手持式裝置的CPU（處理器），已經(jīng)邁向八核心的里程碑，處理速度更快。然為了減少感測(cè)器在全天候偵測(cè)、搜集與處理上的電能消耗，許多產(chǎn)品已開始搭配MCU（微控制器），來(lái)?yè)?dān)任動(dòng)作感應(yīng)專用的協(xié)同處理器（Motion Co-processor）。

　　以蘋果iPhone 5s、iPad Air、iPad mini 2內(nèi)建的M7為例，便是一款協(xié)同處理器，采用NXP LPC1800系列的客制化Cortex-M3微控制器，運(yùn)作時(shí)脈為150MHz，可搜集、量測(cè)、儲(chǔ)存感應(yīng)到的資料（來(lái)自STM三軸陀螺儀、Bosch三軸加速器、AKM電子羅盤等感應(yīng)器資訊），縱使手機(jī)在待機(jī)中亦能運(yùn)作，繼續(xù)將感測(cè)資料記錄下來(lái)，待裝置喚醒后就能夠繼續(xù)處理資料，這樣的設(shè)計(jì)可讓裝置在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作下（例如運(yùn)動(dòng)），更為省電。

　　在穿戴式裝置的應(yīng)用上，大多采用Sensor Hub MCU，亦即采用ARM Cortex M系列的MCU來(lái)當(dāng)主要控制器，以達(dá)到高效能、低耗電的目的。例如Fitbit智慧手環(huán)，便是采用ST的STM32L151C6 Cortex-M3低功耗16位元32MHz MCU、Jawbone UP智慧手環(huán)采用TI的MSP430F5528 16位元25MHz MCU。而Pebble智慧手表采用ST的STM32F205RE Cortex-M3架構(gòu)的32位元120MHz MCU、Sony SmartWatch SW2也采用ST MCU，時(shí)脈為180MHz。

　　至于Samsung的Galaxy Gear智慧手表，仍采用自家Exynos 800MHz單核CPU來(lái)做感測(cè)運(yùn)算處理，可惜搭配的電池容量太小，連續(xù)使用25小時(shí)就要充電，雖效能強(qiáng)、但持續(xù)力不佳，市場(chǎng)反應(yīng)冷淡。因此，Samsung在MWC發(fā)表的Gear 2家族，采用MCU設(shè)計(jì)，使用時(shí)間可達(dá)2~3天。由此可見，為了功耗與增加電池壽命，未來(lái)將會(huì)有更多穿戴式產(chǎn)品改用MCU來(lái)當(dāng)主要處理器。

　　穿戴式裝置的元件－MEMS、Sensor

　　在感測(cè)器方面，穿戴式裝置目前配置的基本三個(gè)體感/動(dòng)態(tài)感測(cè)元件，就是電子羅盤（magnetometer）、三軸陀螺儀（gyroscope）、三軸加速器（accelerometer），可以用來(lái)計(jì)步、偵測(cè)心跳、生理追蹤等等。

　　至于在環(huán)境感應(yīng)器部份，則是依照產(chǎn)品的應(yīng)用需求再加入。例如接近感應(yīng)器（Proximity sensor）、溫度計(jì)（Thermometer）、濕度計(jì)（Hygrometer）或氣壓計(jì)（Barometer）等等。若有輔助操控部份，如手勢(shì)、語(yǔ)音等輸入，則會(huì)選擇將紅外線（Infrared）或相機(jī)模組（Camera Module）、麥克風(fēng)（Mic）等元件內(nèi)建，以做簡(jiǎn)單的手勢(shì)、語(yǔ)音辨識(shí)。例如Google Glass就包含了光度感應(yīng)器（Ambient Light Sensor）、接近感應(yīng)器，做為調(diào)整亮度與物體偵測(cè)之用。

　　在軟體技術(shù)方面，已有許多廠商開發(fā)出自家專利的演算法，應(yīng)用在各穿戴式應(yīng)用的軟硬體產(chǎn)品。如Nike+ Running App（跑步訓(xùn)練程式）、Jawbone Up、Fitbit系列手環(huán)，便是采用FullPower公司的MotionX技術(shù)。

　　醫(yī)療、保健等感測(cè)器專用之穿戴式裝置的元件

　　消費(fèi)級(jí)的穿戴式裝置，可提供個(gè)人保健、節(jié)食塑身、手機(jī)延伸應(yīng)用等。至于專業(yè)級(jí)的產(chǎn)品，則有不同的訴求。在醫(yī)療院所里，量測(cè)專用的穿戴式裝置其實(shí)早行之有年，近年來(lái)由于科的進(jìn)步，當(dāng)許多量測(cè)裝置的體積能夠縮小，且透過(guò)無(wú)線的方式將訊號(hào)傳遞出來(lái)，不需要再連接一堆電線，使病人能夠行動(dòng)自如。

　　醫(yī)學(xué)或健康產(chǎn)業(yè)所設(shè)計(jì)的穿戴式裝置，大多內(nèi)建上述的感應(yīng)器架構(gòu)，而醫(yī)學(xué)復(fù)健的感應(yīng)器，還會(huì)加上體感技術(shù)。這類產(chǎn)品的功能訴求單純，主要用于量測(cè)個(gè)人生理資訊，數(shù)值量測(cè)的要求上，則是必須非常精確，且裝置要能夠長(zhǎng)時(shí)間使用，并可透過(guò)內(nèi)建的GSM或Wi-Fi無(wú)線通訊，將身上的各種儀器串連起來(lái)，成為一個(gè)身體網(wǎng)路（Body Area Network；BAN），同時(shí)也可以將資料回傳至醫(yī)療院所以利于后續(xù)追蹤，如此進(jìn)而達(dá)到居家照護(hù)、遠(yuǎn)距醫(yī)療之應(yīng)用。

　　2014年可穿戴電子技術(shù)設(shè)計(jì)最新發(fā)展趨勢(shì)

　　自谷歌推出智慧眼鏡，SONY、三星等推出智慧手表等引爆了穿戴式裝置的話題與風(fēng)潮。穿戴式裝置不僅具備資訊娛樂(lè)、運(yùn)動(dòng)健身、醫(yī)療照護(hù)及工業(yè)/軍事等四大應(yīng)用領(lǐng)域，內(nèi)建許多如陀螺儀、重力/加速/距離感測(cè)器、手勢(shì)感應(yīng)器等微機(jī)電感測(cè)元件，搭配各式App的應(yīng)用，讓穿戴式裝置如同手持式裝置般成熟應(yīng)用，不僅使行動(dòng)應(yīng)用更加多元化，也創(chuàng)造了穿戴式裝置市場(chǎng)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的新興商機(jī)…

　　2013為穿戴式電子元年

　　隨著智慧型手機(jī)的興起，加上行動(dòng)上網(wǎng)的普及，改變了人類的溝通、生活習(xí)慣與工作模式，也讓全球的產(chǎn)業(yè)聚焦在開發(fā)出更新的技術(shù)、新產(chǎn)品，以改變我們未來(lái)的生活。自2012年Google發(fā)表了智慧眼鏡：Google Glass，可說(shuō)是正式引爆了穿戴式電子科技的戰(zhàn)火。

　　Google Glass正式揭開穿戴式電子話題，圖為搭配鏡框與鏡片示意圖 （Google）

　　各種智慧手表： Smartwatch 2（上）、Gear 2（中）、Pebble（下） （Sony/Samsung/Pebble）

　　這副結(jié)合科技與時(shí)尚、具上網(wǎng)、拍照、錄影等功能的眼鏡一推出，促使各界看好下一波穿戴式市場(chǎng)的發(fā)展。從2013年的CES、MWC到Computex等國(guó)際性展會(huì)，都能夠看到許多廠商相繼發(fā)表出各式各樣的穿戴式產(chǎn)品（如手表、手環(huán)等），因此2013年也被稱做為穿戴式電子的元年。

　　穿戴式電子產(chǎn)品的分類與市場(chǎng)

　　穿戴式電子產(chǎn)品的定義，就是能夠以穿著或配戴方式，附在使用者身上的電子裝置。在應(yīng)用領(lǐng)域上，可分成：資訊娛樂(lè)（Infotainment）、運(yùn)動(dòng)健身（Fitness and Wellness）、醫(yī)療照護(hù)（Healthcare and Medical）、及工業(yè)/軍事用（Industrial and Military）共四類。尤其以資訊娛樂(lè)、運(yùn)動(dòng)健身為市場(chǎng)成長(zhǎng)最快的領(lǐng)域。

　　由于穿戴式裝置的種類廣泛，使得各調(diào)研機(jī)構(gòu)分析全球產(chǎn)值的數(shù)據(jù)，也有所不同。據(jù)BI Intelligence綜合ABI Research、IMS、Juniper等調(diào)查機(jī)構(gòu)的資料，乘以每臺(tái)裝置平均售價(jià)為42美元的結(jié)果后，預(yù)測(cè)2014年至2018年的市場(chǎng)產(chǎn)值分別約50、70、90、110、125億美元。資策會(huì)MIC也預(yù)估2014年市場(chǎng)規(guī)模達(dá)31億美元，到2018年將成長(zhǎng)到341億美元。出貨量部份，工業(yè)技術(shù)研究院IEK的調(diào)查顯示，2013年裝置數(shù)量約0.15億臺(tái)，到2018年將達(dá)到1.91億臺(tái)的水準(zhǔn)。

　　穿戴式裝置目前在產(chǎn)品分類上，可分成眼鏡、手表、手環(huán)、項(xiàng)煉、耳環(huán)、衣物…等等。其中以前面三類曝光度最高： 智慧眼鏡（視訊通話、導(dǎo)航、擴(kuò)增實(shí)境、行動(dòng)攝影）；2. 智慧手表 （輔助手機(jī)通話、訊息檢視等）；3.智慧手環(huán)（運(yùn)動(dòng)或健身等紀(jì)錄、監(jiān)控身體機(jī)能、外在環(huán)境資訊）。

　　上述貢獻(xiàn)產(chǎn)值最多的手環(huán)、手表、眼鏡三種產(chǎn)品中，又以智慧手環(huán)可跨運(yùn)動(dòng)（健身、紀(jì)錄、教練）、醫(yī)療（警示、照護(hù)、健康）等產(chǎn)業(yè)，因?yàn)樵摦a(chǎn)品以感測(cè)與監(jiān)控為主，外型除了手環(huán)之外，亦可以像是項(xiàng)煉、假發(fā)、內(nèi)衣等方式呈現(xiàn)，因此智慧手環(huán)亦被分類為「穿戴式感測(cè)裝置」。IMS機(jī)構(gòu)認(rèn)為2013年其市場(chǎng)將成長(zhǎng)60%，占有率將大幅提升。

　　為讓穿戴式裝置產(chǎn)品有共通的開發(fā)平臺(tái)與標(biāo)準(zhǔn)，Google率先于SXSW 2014 （互動(dòng)多媒體節(jié)）會(huì)場(chǎng)中，宣布將推出基于Android平臺(tái)的穿戴式裝置SDK （開發(fā)工具），將智慧型手機(jī)作業(yè)系統(tǒng)平臺(tái)的戰(zhàn)線，延伸至智慧手表、運(yùn)動(dòng)手環(huán)等領(lǐng)域。

　　穿戴式市場(chǎng)的最大焦點(diǎn)－智慧手表

　　在各種穿戴式裝置中，曝光度最高的非「智慧手表」莫屬。其實(shí)智慧手表的概念，早在1972年Seiko（精工）便推出了第一支可顯示24位數(shù)字的數(shù)位可程式化手表，隨后1980~1990年代，Casio（卡西歐）推出了DATA Bank系列的各式電腦手表，可當(dāng)計(jì)算機(jī)、進(jìn)行游戲等功能。而Seiko也推出許多電腦腕表，可與當(dāng)代電腦做連線，后續(xù)Ruputer機(jī)種更可當(dāng)成PDA使用。而三星也在1999年首度推出可獨(dú)立運(yùn)作手機(jī)手表－SPH-WP10、S9110，將功能型手機(jī)直接掛在手腕上。

　　到了2000年IBM與Citizen（星辰）推出第一支能夠執(zhí)行Linux的電腦手表－WatchPad，2003年Fossil也發(fā)表Palm OS手表。隨后2004年微軟發(fā)表SPOT （Small Personal Object Technology）手表平臺(tái)，但因缺乏足夠吸引力的應(yīng)用，于2008年宣告失敗收?qǐng)觯?/p>

　　隨后，在近年來(lái)智慧型手機(jī)的大流行，智慧手表的市場(chǎng)又開始卷土重來(lái)。2010年蘋果推出的iPad nano第六代，就有其他廠商推出專用表帶，使它變成手表。2011年起，許多廠商嘗試推出智慧手表，以測(cè)試市場(chǎng)水溫，例如i’m Watch、MetaWatch、Kreyos、WIMM One（該公司已被Google購(gòu)并）。

　　2013年起，科技大廠產(chǎn)品正式浮出水面，包括三星Galaxy Gear、Sony（索尼） SmartWatch 2、高通（Qualcomm）的Toq、Motorola的MOTOACTV，另有FiLIP的兒童智慧手表，和透過(guò)Kickstarter （群眾募資網(wǎng)站）所推出的Pebble （采夏普記憶體LCD技術(shù)）等產(chǎn)品，皆是市場(chǎng)的焦點(diǎn)。

　　2014年的新款穿戴式電子產(chǎn)品

　　目前大多智慧手表，設(shè)計(jì)成必須搭配智慧型手機(jī)做連結(jié)（例如透過(guò)藍(lán)牙），才能使用到完整的功能（例如通話、簡(jiǎn)訊、上網(wǎng)），讓你通話時(shí)可免從口袋拿出手機(jī)。其中三星的手表更是只能跟自家的手機(jī)搭配使用，不若其他廠商的產(chǎn)品可跟多數(shù)Android手機(jī)做連結(jié)，因此也有人將這些產(chǎn)品視為手機(jī)的Companion Kit（伴隨配件）。

　　在2014年世界通訊大展（WMC）中，各廠使出渾身解數(shù)。例如三星推出新款Gear 2、Gear 2 Neo、Gear 2 Fit等智慧手表家族，采用Tizen OS，重量更輕、待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)；而據(jù)悉Google與LG合作開發(fā)Android智慧手表將于6月亮相；至于Motorola也正在研發(fā)新款智慧手表；而華為（Huawei）推出的Talkband B1是一款智慧手表/手環(huán)，若將面板拆下來(lái)即可變成藍(lán)牙耳機(jī)。以上大多數(shù)產(chǎn)品皆是手機(jī)大廠所推出的Companion Kit。

　　除了上述手表之外，也有廠商推出Standalone （可獨(dú)立運(yùn)作）的Smart Watch 2.0 （如Omate TrueSmart、Neptune Pine、映趣inWatch One），可插入SIM卡，不須另帶手機(jī)出門。以上智慧手表能否通過(guò)市場(chǎng)考驗(yàn)，就看消費(fèi)者是否買單了。

　　再看智慧手環(huán)部份，如i’m公司也跟FiLIP一樣發(fā)表i’m Tracer手環(huán)，內(nèi)建GPS與GSM通訊，以掌握孩童動(dòng)向。另***大基金會(huì)與畢嘉士基金會(huì)、老人福利聯(lián)盟合作推出NFC防走失智慧手環(huán)做公益，可幫助協(xié)尋失智老人。

　　運(yùn)動(dòng)手環(huán)有Sony SmartBand SWR10、Garmin Forerunner （先驅(qū)者）系列、NIKE+ Sportwatch/FuelBand系列、Jawbone Up…等，大多具備GPS、碼表、心率監(jiān)視器，可紀(jì)錄運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練/比賽表現(xiàn)，或改善生活作息。

　　其他穿戴式產(chǎn)品計(jì)劃

　　在其他較受矚目的產(chǎn)品中，有Oculus Rift 頭戴式顯示器，是一款虛擬實(shí)境的頭戴式顯示器，能透過(guò)頭部的移動(dòng)來(lái)控制游戲角色，目前已有廠商為該產(chǎn)品開發(fā)專屬游戲。

　　此外，科技大廠選擇與時(shí)尚產(chǎn)業(yè)合作，發(fā)表各種穿戴式電子的概念產(chǎn)品，例如Nokia以80支Lumia 1520手機(jī)所構(gòu)成的“智慧裙”（Smart Skirt），首度于倫敦時(shí)裝周2014展示，當(dāng)模特兒移動(dòng)時(shí)，裙子的手機(jī)畫面會(huì)跟著改變，展現(xiàn)一場(chǎng)科技時(shí)尚秀。微軟前陣子也發(fā)表“智慧胸罩”（Smart Bra），可偵測(cè)心跳、皮膚溫度和壓力變化，幫助女性在壓力大時(shí)，即時(shí)提醒勿暴飲暴食。

　　至于Sony也在美國(guó)申請(qǐng)“智慧假發(fā)” （SmartWig）專利，該假發(fā)具備觸覺回饋與各式感應(yīng)器，與另一個(gè)裝置連接之后，可用在導(dǎo)航、測(cè)量血壓或控制投影片等應(yīng)用。