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穿戴乾坤——从亲肤穿戴设备说起

Webmaster: ArtDesign | Time: 五月 9, 2013

最近各种可穿戴设备发展得如火如荼,而最近一款类似于超薄创可贴的健康追踪器,更是为可穿戴电子技术的发展开辟了另一片天地。可穿戴技术发展到了什么程度?有什么让人眼前一亮的产品呢?本文将一一解答。

神奇的“纹身”

FitBit计步器太笨重?那为什么不在皮肤上粘上一个条形码呢?

这个“条形码”运用了纳米级技术和材料, 并且附带硅电极网络。这样的装置不仅会改变我们测量纪录健康指标的方式,更有可能为和用户之间的交互带来新的形式。据悉,幕后研究者将努力使这样一个设备 在数周之内作为商品,由一个名为MC10的衍生产品公司推向市场。

这样一个飞跃式的发展,把可穿着的科技产品带向了一个极致。被设计成非侵入式诊断探测器的设备,不仅可以测量含水量,肌体活跃程度,甚至可以用来测量婴儿体温。它和皮肤紧密贴合,在某种程度上来说就像是一个临时的纹身,可以任意随着身体的运动和皮肤表面的形状变化而弯折,就像我们一直希望创可贴可以变成的样子。那么这个技术是如何实现的呢?来自伊利诺伊大学,加州大学圣迭戈分校,以及大连 理工大学的研究人员让这样一个复杂的装置变的如此扁平、小巧。

最厚的地方只有0.8微米,只相当于人类发丝直径的千分之一,这一层纤薄的硅涂层可以深入到皮肤的纹路之中,即使是那些肉眼看不见的细纹。同时这层硅以弯曲的纹样被排列在一个柔软的橡胶底上,从而使 得硅这种坚硬的材料以类似于手风琴的形式被弯曲。

“尽管这些年以来,电子设备及其相关技术已经发展到了一个十分成熟的地步,所有 已经面世的商业设备也都搭载硅晶片。但是这些晶片无论是在人体工学角度还是图形学角度都和人类身体无法完全适配,”约翰·罗杰斯(John Rogers)研究的领导人介绍说:“我们研究的目的就是要发展出一套可以和身体结合得更自然的系统。”

“有了这样一套系统和技术,人们就可以更容易地把电子设备镶嵌在皮肤表层,或者是难度更大的内部器官,例如心脏和大脑之中。”罗杰斯这样描述这个技术的前景。

这套表皮电子系统可以有两种附着方式, 除了已经提到的“硅晶片-橡胶基底”模式之外,还可以将其粘贴在一层水溶性聚乙烯醇,也就是通常所说的PVA上。有了载体, 粘在皮肤上之后,它会被喷上液体绷带,以保护设备并防水。这个装置取下时也不会 有困难,几个星期之后,它会随着表皮细胞 的脱落而剥落。可以放心的是除了会因为随 着表皮细胞的新陈代谢而脱落这一点,“它 其实很强悍”罗杰斯如是说。据悉,在测试其耐久性的时候,研究人员不断地拉伸和 积压受试者的皮肤,看看这个装置承受的极限在哪里。没有让他们失望,这个装置可 以轻易地挨过500次以上的变形测试,甚至还包括水洗。

这样一种设备比目前科学家用在皮肤和电极之间的介质—导声胶方便得多。而且它 也可以从高分辨率电生物电势测量中提供更多数据,如心电图。罗杰斯说,他们要设计的不仅仅是设计点接触式的电极,更大的 目标更在于掌握如何进行与皮肤完美贴合,符合人体工学的综合性集成电路平台的设计。他们可以层压在皮肤表面,与天然皮肤表面的固有微小的不易察觉的粗糙度相吻合,而不是在设计时把皮肤看作是一个光滑 的表面来处理。并由此在电极、电子设备和皮肤之间提供一种截然不同的接口。

这种技术有很大的应用潜力,从持续的心 电图读数,到水合作用及温度的精确测量, 再到其他卫生健康数据测量等等。罗杰斯 还指出,它还将与先进外科手术、移植设备 甚至和那些用于持续健康监测的设备,追 踪伤口愈合过程或促进伤口愈合的设备和 系统结合,产生千丝万缕的联系。

研究组人员透露:“我们的兴趣不仅在于展示概念和一种潜在的、新兴的经由皮肤完成测量工作的模型及其科学基础,更大的兴趣和野心在于将这些技术付诸实施,开发出商业产品。”

然而,这种工具除了用于用户做自身数据指标的测量之外,它的用途还远远不止这些。 由于其在接受信号上的功能,该设备可以用作人机交互接口—比如说,电子游戏或无人操控技术—当然这些信号要从用户 的肌肉中发出,经由该设备传输至电脑。也许现在听起来有些不切合实际,但是我们至少可以确信,目前它的确可以将完整集成电路与皮肤完美结合,是一个近乎完美的 非永久性的仿生接口。

推动发展的新材料

正如开发者罗杰斯所说,“纹身追踪器” 为可穿戴电子设备打开了一个全新的领域 —亲肤式设计。而我们回想一下,最近几 年的可穿戴电子设备技术发展可以说是日新月异。

可穿戴电子设备技术和普存计算和可穿戴 计算机的发展密切相关,也可以说正是这 两个领域的交叉和结合,才有了今天的可穿戴技术。普存计算又称普及计算,是一个强调和环境融为一体的计算概念,而计算机 本身则从人们的视线消失。在普存计算的模式下,人们能够在任何时间、任何地点、以任何方式进行信息的获取与处理。这就像是可穿戴技术的灵魂,而可穿戴电脑设 备则可以说是躯壳。

可穿戴电子技术的发展除了依赖于软、硬件的不断优化设计,算法的不断整合之外,从上文所述的亲肤式传感器这个例子,我们还可以看出,其发展还受到新材料的影响和推动。

石墨烯(Graphene)就是现今最受瞩目的新型材料之一。石墨烯是一种由碳原子以 sp2特定方式组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。直至2004年,英国曼彻斯特大学的两位物理学家成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯,才打破了它一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在的传说。

作为目前世界上最薄也是最坚硬的纳米材料,它几乎完全透明,只吸收2.3%的光;导热系数高于碳纳米管和金刚石,常温下其导电性能远远超过纳米碳管或硅晶,电阻远低于银或铜,是已知电阻最小的材料。因其这两个特性,石墨烯被期待可用以发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或电晶体。由于石墨烯实质上是一种透明、良好的导体,也适合用來制造透明触控屏幕、光板、甚至是太阳能电池。

日前,加利福尼亚大学洛杉矶分校的科研 人员就利用石墨烯的电特性,研究制作出 了超级纤薄电容器,它具有超强的功率。 这类电池所需的充放电速度是普通电池的 100倍以上,仅需几秒钟即可完成充电,而 且由于它具备柔韧性的缘故,用户可将它 折叠成球形或者圆柱体。这种石墨烯材质 的电容器或将在日后把普通电池淘汰。

当然,目前尚无石墨烯真正投入市场进行 大规模生产和应用的案例,一切美好的设想都基本处于实验室水平。虽然短期内普及石墨烯产品的可能性不大,但是普及“锌电池”却非常有可能。

年初,Imprint Energy公司发布了新型锌电池。锌电池的目标是取代目前的锂电池。它超薄、可弯曲、无毒以及电力更强劲等特点,及尺寸的灵活性,会给可穿戴电子产品带来巨大影响,甚至改变整个行业的面貌。

成长中的可穿戴电子产品

虽然目前可穿戴电子设备尚处于起步萌芽阶段,技术、设计等各方面和移动电子设备等相关行业相比,远远不够成熟,但是已经有不少大公司,例如谷歌、苹果、三星、耐克等等,开始研发相关产品,意图抢滩这个潜力巨大的市场。

在可穿戴电子设备中,最富盛名的就是谷 歌眼镜了。第一代Google Glass,是由谷 歌公司在2012年4月发布,作为一款“增强 现实”眼镜,它具有和智能手机一样的功 能,可以通过声音控制拍照,视频通话和辨明方向以及上网冲浪、处理文字信息和电 子邮件等。而在谷歌眼镜在经历近一年的 沉寂期之后,终于又有所动作了。2013年2 月21日的发布会上,谷歌宣布计划扩大谷歌眼镜预售计划,公开接受预定。此外还公布了眼镜的语音控制方法,所有的命令通 过“OK Glass”这一语音激活,用户可以在“OK Gl ass”之后说出需要的命令,如“OK Glass,Take a Photo”就是要求谷 歌眼镜照相的命令。利用这一语音激活方法,可以实现多种任务的语音控制。

谷歌眼镜不仅在技术和概念上招人喜爱, 在和时尚结合的步伐上也要明显快过于 其他可穿戴电子设备产品。2 013年01月 2 2日,彩色版谷歌眼镜就现身于美国传 奇时装设计大师—戴安·冯·芙丝滕堡 (Diane von Fürstenberg)的时装秀。

在眼镜取得认可之后,谷歌接连发力,几 天之前美国SXSW互动大会上发布了继谷 歌眼镜之后的第二款可穿戴电子设备— “会说话的鞋子”。根据著名科技博客报道,这款鞋子并不会提醒穿着者避开路边 的危险,而是可以将运动数据转换为有趣 的语音消息,告知用户及其好友。例如在打篮球时,鞋子会说:“打电话给911,因为你太火了。”此外,根据谷歌的演示视频,这样的语音消息也会出现在用户的Google+页面上。

不过,用户目前还无法预订这款会说的鞋子。有报道称,这只是谷歌Arts Copy Code项目开发的一款概念产品,该项目是为了改进互动广告。谷歌计划近期将这一项目向更多的日常生活物品开放。

在和服装时尚紧密结合上,谷歌目前可以说 风头无两,而在另一个领域—智能手表 的战场上,苹果、三星、诺基亚和索尼的较量已经火药味渐浓。虽然说同属可穿戴电子设备领域,但从目前各厂商发布的手表产品,以及网络上披露的即将面世的智能手表的设计草图来看,智能手表似乎是可穿戴家族里最“没有技术含量”,最容易实 现的品类。不管是苹果的iWatch,三星还是索尼,他们的产品都有一种微妙而戏谑的“买微缩版智能手机送配套手环”拼凑的 违和感,以及戴在手上又冷又硬只能搭配运动服,并且不会舒服的距离感。这或许是电子产品生产商遇到服装、首饰设计必然 会产生的硬伤,但是同时我们也应该看到,智能手表很有机会成为可穿戴电子设备众多品类中间最容易被大众接受,市场潜力最大的一个支脉。不久的将来,智能手表会和电子表一样普及也说不定呢。

除了这些电子业巨头,服装时尚行业也在积极和电子产品生产开发机构合作,企图分一杯羹。而由于可穿戴电子设备和使用者无论是距离上还是使用方式上都更加亲密,所以很多产品就是以记录、关心使用者的健康状况为诉求。

Nike FUELBAND腕带就是一个例子。 这款运动腕带是Nike全新推出的Nike+产 品,和之前的需要依靠鞋类装备辅助不同,FUELBAND是一个单独的腕带产品,只要将其绑在手上,即可体验Nike+的魅力。黑色的环形机身上,Nike设计了100颗25色的LED灯来显示相关的运动信息,信息分为四种类型,包括:时间、卡路里、步数和Nike Fuel。腕带需要配合软件使用,用户 可以通过iPhone上的app store下载相关软件,通过手机蓝牙和FUELBAND相连。 软件可以更加直观的显示你目前的运动状态,也可以记录一段时间内的运动轨迹等,帮助你更好的完成健身作业。

随着各项技术的发展完善和壮大,原来在科幻片里的各种浪漫的幻想已经慢慢变成现实,可以预见在不久的将来,电子产品尤其是可穿戴电子产品必将成为人类感官的必不可少的补充和延伸,人类也会慢慢将自身数字化、智能化。

 

(文 Writer_鲁忠泽 Lu Zhongze 图 Pictures_本刊编辑部 CGW Edt)



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