傳感器 智能穿戴追蹤設(shè)備的“天花板”

　　我們都知道，智能穿戴設(shè)備的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)功能主要通過(guò)重力加速傳感器實(shí)現(xiàn)。重力傳感器已是一種很成熟的技術(shù)，手機(jī)也早有應(yīng)用。傳感器通過(guò)判斷人運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作得到一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再結(jié)合用戶之前輸入的個(gè)人身體體征的基本信息，根據(jù)一些特定算法，得到針對(duì)個(gè)人的個(gè)性化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，諸如運(yùn)動(dòng)步數(shù)、距離以及消耗的卡路里等，從而判斷運(yùn)動(dòng)的頻率和強(qiáng)度。

　　睡眠監(jiān)測(cè)也通過(guò)相同的傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)。人在不同的睡眠階段，腦電波會(huì)發(fā)生迅速改變，有意思的是，重力加速傳感器并不具備直接探測(cè)腦電波的功能，所以它是將人在睡眠中動(dòng)作的幅度和頻率作為衡量睡眠的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)判斷睡眠處于哪個(gè)階段，蘋(píng)果 Apple Watch 的鬧鐘功能，正是依據(jù)這個(gè)判斷用戶處在“快速動(dòng)眼期”將用戶喚醒。

　　但現(xiàn)有產(chǎn)品的重力傳感器最大程度也只能到這里了，由于傳感器的傳感速度限制了識(shí)別度，它們無(wú)法識(shí)別出更多，比如用戶做出了什么手勢(shì)，是手心向上還是手背向上。

　　另一方面，在心率監(jiān)測(cè)上，Apple Watch（包括 Gear Fit、Fitbit Surge、Microsoft Band 等手環(huán)）采用的是光電式心率計(jì)，它的原理非常簡(jiǎn)單——通過(guò)Apple Watch背面配備的綠色LED燈，搭配感光光電二極管照射血管一段時(shí)間，由于血液是紅色的，它可以反射紅光而吸收綠光，而在心臟跳動(dòng)時(shí)，血液流量增多，綠光的吸收量會(huì)隨之變大，處于心臟跳動(dòng)的間隙時(shí)血流會(huì)減少，吸收的綠光也會(huì)隨之降低，基于此，就可以根據(jù)血液的吸光度來(lái)測(cè)量心率。

　　光電式傳感器的工作原理要求設(shè)備需要緊貼手腕，并且毛發(fā)不能過(guò)于旺盛、不能出汗、也不能在運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)量。這也就是為何蘋(píng)果會(huì)建議用戶在進(jìn)行心率監(jiān)測(cè)時(shí)讓手表貼緊皮膚的原因，此外，蘋(píng)果在介紹中也表示在天冷的情況下，用戶手腕部位的血流量可能不足以監(jiān)測(cè)到心率，而且用戶在進(jìn)行節(jié)率性運(yùn)動(dòng)（如跑步和騎行）時(shí)，心率測(cè)量的準(zhǔn)確性會(huì)比無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)（如打網(wǎng)球）更加的準(zhǔn)確。這些亦都是光電式心率監(jiān)測(cè)的局限性所在。

　　由于當(dāng)血液經(jīng)過(guò)毛細(xì)血管流入手腕時(shí)，血液流動(dòng)速度實(shí)際上已經(jīng)減緩了，因此最終的結(jié)果也不一定能夠真實(shí)反映心率——也就是說(shuō)，使用 Apple Watch 監(jiān)測(cè)出的心率數(shù)據(jù)，最后可能還不如一些手機(jī)準(zhǔn)確，特別是在手握機(jī)器的情況下，由于人的食指指尖有一個(gè)動(dòng)脈血管，而后者能夠和心臟基本保持一樣的頻率。

　　讓感應(yīng)更精細(xì) 未來(lái)的人體追蹤識(shí)別

　　怎樣才能讓穿戴設(shè)備的數(shù)據(jù)變得準(zhǔn)確，這是無(wú)數(shù)智能穿戴產(chǎn)品想要解決的問(wèn)題。

　　就目前來(lái)說(shuō)，最切實(shí)的解決方法莫過(guò)于兩種，一種是增加更多傳感器，另一種是研發(fā)出更優(yōu)秀的傳感器和更先進(jìn)的算法，對(duì)于前者的選擇，雖然傳感器越多，就能帶來(lái)更全面的監(jiān)測(cè)效果，但是也會(huì)造成設(shè)備體積和續(xù)航時(shí)間的困擾。由于技術(shù)原因，傳感器的發(fā)展還有一段路程要走，非植入式電化學(xué)和生物傳感器則是主要的演變方向。不過(guò)走在前頭的研發(fā)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了優(yōu)化傳感器的著手點(diǎn)——給傳感器增壓。

　　今年 10 月份，威鋒網(wǎng)報(bào)道過(guò)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出一套名為 ViBand 的系統(tǒng)，讓現(xiàn)有的智能手表可以識(shí)別用戶手勢(shì)，并識(shí)別出用戶手上所拿的物體的新聞。

　　Viband 系統(tǒng)的作用，就是給普通智能手表的加速度計(jì)傳感器進(jìn)行增壓——說(shuō)得通俗一點(diǎn)，就是給傳感器“打雞血”，使其能夠感應(yīng)到令人難以置信的振動(dòng)頻率的微小變化。它能夠感知的，不僅是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的嗡嗡聲，還可以檢測(cè)吉他調(diào)音，或者是用戶以不同的方式移動(dòng)手臂時(shí)所引起的明顯的輕微差異。

　　據(jù)介紹，Viband 系統(tǒng)的秘訣在于加速度計(jì)感應(yīng)器自身的規(guī)格。通常來(lái)講，手表內(nèi)的加速儀被設(shè)定在每一秒鐘進(jìn)行 20 到 100 次采樣，以滿足手表對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡的測(cè)量需求。研究人員通過(guò)使用一個(gè)軟件更新，把檢測(cè)頻率提升至每秒 4000 次，將加速計(jì)作為一個(gè)振動(dòng)麥克風(fēng)來(lái)使用。也就是說(shuō)，它還可以監(jiān)測(cè)用戶身體所發(fā)出的生物聲學(xué)信號(hào)。

　　這樣，當(dāng)任何動(dòng)作發(fā)生的細(xì)微頻率通過(guò)人體進(jìn)行傳播時(shí)，所有的一切都能夠產(chǎn)生出獨(dú)特的高頻振動(dòng)模式，即一種可以立即用于識(shí)別的聲波特征。而每一種手勢(shì)或行為在經(jīng)過(guò) ViBand 系統(tǒng)的處理后，都能夠用于執(zhí)行某種特定的任務(wù)。

　　這聽(tīng)起來(lái)非常神奇，通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，智能手表將能夠區(qū)分用戶大量的細(xì)節(jié)動(dòng)作，包括抓、撓、敲擊、滑動(dòng)等，這些動(dòng)作可以進(jìn)一步用來(lái)操作手表，進(jìn)行滑動(dòng)菜單和選擇手表菜單選項(xiàng)，甚至是控制燈具或電視機(jī)等家用電器。

　　厲害的是通過(guò)增壓后的傳感器，只要用戶手上拿了些東西，你的手表就可以通過(guò)聲信號(hào)來(lái)識(shí)別你拿的是什么東西；此外，還可以檢測(cè)到用戶所處的環(huán)境，比如是在車(chē)?yán)?，還是在廚房……這個(gè)團(tuán)隊(duì)還做了一種識(shí)別標(biāo)簽，貼在門(mén)上、墻壁上或者別的物品上，以配合提升識(shí)別并提供智能操控。

　　ViBand 系統(tǒng)兼容性非常高，可以用于蘋(píng)果、三星和任何智能穿戴設(shè)備上。不過(guò)我們不清楚增壓技術(shù)對(duì)傳感器有沒(méi)有損害，對(duì)設(shè)備會(huì)不會(huì)更加耗電，顯然研發(fā)團(tuán)隊(duì)還將沿著這個(gè)方向進(jìn)行下去，在東京舉辦計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)的用戶界面軟件和技術(shù)研討會(huì)上，該團(tuán)隊(duì)的此項(xiàng)研發(fā)獲得了“四佳論文”之一。

　　讓檢測(cè)更精確 未來(lái)的人體健康監(jiān)控

　　對(duì)智能穿戴健康監(jiān)測(cè)方面的研究更講求醫(yī)學(xué)價(jià)值，這一點(diǎn)蘋(píng)果、微軟這樣的大公司以及 Fitbit 這樣的智能健康品牌也在做，F(xiàn)itbit Charge HR 和微軟Microsoft Band 等智能手環(huán)能夠一整天持續(xù)追蹤用戶心率，提供極具價(jià)值的數(shù)據(jù)。但鑒于當(dāng)前的技術(shù)，這些設(shè)備也只能做到這兒了。

　　2013 年底，蘋(píng)果從主要開(kāi)發(fā)無(wú)創(chuàng)式血糖監(jiān)測(cè)設(shè)備的加州公司 C8 Medisensors 招募了多名工程師和科學(xué)家，為的就是解決 Apple Watch 整合血糖監(jiān)測(cè)功能。科技新聞網(wǎng)站《Network World》作者 Yoni Heisler 曾撰文解釋鍋蘋(píng)果為何無(wú)法將血糖監(jiān)測(cè)技術(shù)整合到 Apple Watch 智能手表中。簡(jiǎn)而言之，是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)過(guò)于復(fù)雜和龐大，尤其是對(duì)攝像頭的要求十分苛刻，無(wú)法融入智能手表中。

　　目前，C8 Medisensors 仍在為解決“噪音”問(wèn)題而苦苦求索。而斯坦福大學(xué)下屬孵化器 Start X 走出的小型公司 Echo Labs 取得了初步成果。他們研發(fā)出一款智能手環(huán)原型，可檢測(cè)血液中的氧氣、二氧化碳、PH值、碳水化合物和血壓等數(shù)據(jù)。Echo Labs 通過(guò)光傳感和一種專(zhuān)屬算法來(lái)測(cè)量血液成分。傳感器通過(guò)發(fā)射電磁波穿透人體組織，然后測(cè)量不同光頻率的反射情況，以檢測(cè)血液中分子的濃度。

　　據(jù)項(xiàng)目創(chuàng)始人介紹稱(chēng)，“任何分子都會(huì)對(duì)某一頻率的光產(chǎn)生反應(yīng)。如果我們知道頻率是多少，就可以檢測(cè)出分子的情況。但分子的濃度越低，被捕捉到的難度就越大。氧分子和二氧化碳分子性質(zhì)不同，因此可反射出不同的頻率。每一種分子都擁有一個(gè)光簽名 。”

　　利用光和激光來(lái)解決人體內(nèi)部諸如血液等重要指標(biāo)，是眾多研發(fā)團(tuán)隊(duì)致力的方向，Echo Labs 目前取得的成果將給現(xiàn)有研究帶來(lái)突破。

　　如果未來(lái)諸如 ViBand 和 Echo Labs 這樣的技術(shù)能夠得到更好的整合，那么智能手表無(wú)疑在智能追蹤也好，健康數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)也好，都得到極大的進(jìn)化。

　　智能穿戴設(shè)備真正的作用我們等待回答

　　正如我們?cè)谝郧暗奈恼轮卸啻斡懻撨^(guò)，Apple Watch 等智能穿戴設(shè)備未來(lái)將如何發(fā)展，這恐怕是蘋(píng)果都無(wú)法回答的問(wèn)題。

　　在只能配備一個(gè)大約 1 英寸的迷你屏幕的前提下，既要保證佩戴舒適，又要完成功能上的進(jìn)化，突破原有的屏幕交互界面，擴(kuò)大至更多手勢(shì)、增強(qiáng)檢測(cè)能力（包括外部物體和人體內(nèi)部）是關(guān)鍵。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)比給智能手表加入一大堆 App 要有意義，但也更有難度。

　　也許再過(guò)不久，當(dāng)這些新技術(shù)成熟應(yīng)用之后，我們將不用困惑“智能手表和智能手環(huán)到底有什么用”的問(wèn)題。