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可穿戴計算機
來源:深圳市賽億科技開發有限公司作者:日期:2019-07-12 10:43:25點擊:864次

  可穿戴計算機的前身曾并不光彩。上個世紀60年代,美國賭場里的賭客們將小型的攝像頭、對講機等機器掛在身上或放在口袋里,以此得到同伴的信息進而在賭局中獲勝。盡管如此,它仍向人們透露了一個信息:人們已不滿足于將計算機置于桌面上的人機分離狀態,開始思考如何使人機結合得更緊密。

  可穿戴計算機對人們來說其實并不陌生。楊孝宗教授說,從寬泛的概念來看,近年來為人們所熟悉的U盤、PDA、MP3和手機都是可穿戴計算機的一種。它們實現了可穿戴機的部分功能,U盤類似于可穿戴機的CF機存儲器;PDA就是一個小的掌上電腦;而MP3已經具備了處理器與存儲器,手機也是一個有處理能力的隨身佩戴的計算機。
 

可穿戴計算機
 

  目錄

  1、可穿戴計算機簡介

  2、可穿戴計算機應用

  3、可穿戴計算機改進

  4、可穿戴計算機歷史

  5、可穿戴計算機產品

  6、發展前景

  7、發展難點

  8、可穿戴計算機商業化

  可穿戴計算機簡介:

  可穿戴式計算機,也叫body-borne計算機或wearables,是指可佩戴在人身上或衣服上的微信電子設備。這類可穿戴技術是為通用或專用信息技術和媒體而開發。在需要復雜的計算支持而不僅僅是硬件編碼邏輯的情況下,可穿戴式計算機尤其有用。

  可穿戴式計算機的一個主要特征是一致性。計算機需要和用戶不斷進行性交互,即無需對設備進行開啟或關閉操作。另一個特征是其具有處理多任務的能力,你無需停下你手頭的工作來使用設備,可擴展到所有其他操作。這些設備使得用戶像裝了假肢似的,因此可以作為用戶精神或身體的一種延伸。

  可穿戴式計算機遇到的許多問題與移動計算機處理技術(mobile computing)、環境智能(ambient intelligence)和普適計算(ubiquitous computing)等遇到的問題是相同的,包括電源管理和散熱、軟件架構、無線網絡和個人局域網。

  可穿戴式計算機國際研討會( International Symposium on Wearable Computers)是可穿戴式計算機方面持續最長的學術會議,由于可穿戴式計算深刻影響著社會,它成為2013IEEE技術和社會國際研討會(2013 IEEE International Symposium on Technology and Society,ISTAS 2013)的中心主題。

  可穿戴計算機應用:

  在一些發達國家,可穿戴機已經被廣泛應用在危險事件的處理中。楊孝宗教授描述了這樣的場面:大樓起火,煙霧迷漫,漆黑一片。消防員隨身佩戴的可穿戴機將信息整合后可以迅速提示其在整個樓房中的位置、樓內哪里還有幸存的生命,從而救出被困人員;災情突然發生,受傷人員急需現場手術,救護人員通過可穿戴機進行遠程會診,成功實施手術;進行飛機緊急維修的維修工人通過可穿戴機邊閱讀存儲器中的維修手冊,邊與總部溝通,邊自如地進行維修……
 

可穿戴計算機
 

  可穿戴計算機改進:

  科學家們正在想方設法改進技術,以利于可穿戴機“上身”。美國已經研制出火柴盒大小的主機,雖然只有火柴盒大小,但卻像真正的主機一樣包括了處理器、存儲器與接口。英國正在研制軟式“計算機衣服”,在袖口、衣領都裝有計算機控制開關。我國研制的眼鏡般大小的微顯示器放大效果已經達到50英寸/2米,這個概念相當于在兩米處放置一臺50英寸彩電的效果。楊教授自豪地稱,這一技術國際領先,美國研制的最先進的微顯示器的放大效果也只有32英寸/2米。

  楊孝宗教授介紹說,現在的可穿戴機已經做到衣服內部,使用計算機就如同穿衣服。有的可穿戴機被做到手表、背包、戒指、發卡等人們隨身佩戴的小飾品中,佩戴這些小飾品可以幫助打臺球的人準確地測定角度與力度,告訴不會跳舞的人該怎么走舞步。有人還試圖將可穿戴機壓縮成片,將計算機芯片植入人的皮下,但由于安裝不便而放棄。

  從大型機到臺式機到掌上電腦,科學家正在盡可能地縮短人機之間的距離,以最終實現“零距離”。

  哈工大可穿戴計算機工程中心的網絡自組網的研究致力于解決可穿戴機的移動問題。可穿戴機的網是隨身走的,即使沒有網絡的地方也可以與其他人聯系,傳遞必要的信息。普通臺式機上網采用TCP/IP協議的固定式網絡,必須有主干網,它的弊端在于,網絡中心故障會導致所有網上機器癱瘓。穿戴機則不同,它不需要主干網,每臺機器都是自己的中心網,出現問題可以自組網絡。比如說,10個身著可穿戴機的巡堤人員,可以將記錄、拍攝到的語言、文字、圖像傳到指揮中心,中心下指示后可隨時處理險情。而即使指揮中心壞掉了,也不會影響10個人之間的聯絡,他們可以再自行組網,形成一個“多跳網”,由A將信息傳到B,再由B傳到C……通過各機間的“跳”獲得信息,而且這種“跳”是在瞬間完成的,不會影響傳遞的速度。

  可穿戴計算機歷史:

  由于“可穿戴的”和“計算機”的各種定義,最早的可穿戴式計算機可能是第一個在項鏈上的算盤,一個16世紀的算盤環,瑞士寶璣公司在1810為那不勒斯之后制作的第一塊手表,或是Thorp and Shannon 在十九世紀六七十年代為輪盤賭博作弊設計的隱藏在鞋里的秘密計時設備。一臺計算機不僅僅是一個計時或計算設備,更是一臺有復雜算法、接口和數據管理的可編程項目。根據這個定義,可穿戴式計算機是由Steve Mann(多倫多大學教授,被認為是可穿戴式計算機之父,由哈佛大學Woodward Yang主持的ISSCC第一屆虛擬小組成員)在1970年代末最先發明的。可穿戴式設備經歷了離散電子學由混合集成電路設計到完全集成設計的微型化發展,僅用一塊處理器芯片、一塊電池和一些界面條件項目就組成整個單元。

  16世紀,清朝出現了一個可佩戴在身上的功能齊全的算盤環的記錄。

  18世紀,手表制造商寶璣于1810年為那不勒斯的女王制作了第一塊可佩戴手表,這是一塊在手鏈上的女士懷表。此時手表是一個可以佩戴并且可以計時的“可穿戴式計算機”,并不是現在我們所說的多用途計算機。之后由于有炮兵長抱怨用雙手操作懷表來計算炮轟時間很不方便,瑞士芝柏表為德國海軍制作了手表,至此可穿戴式設備用于軍事用途。這位炮兵長將懷表綁在手腕上,他的上級很喜歡這個方法,于是命人去柏林生產附帶在手鐲上的懷表。早期在軍隊里接受手鐲的人并不多,因為他們認為手鐲是女士佩戴的,并認為手表只是一時的興趣而不是嚴格的計時器。實際上他們如此鄙視手表以至于許多男士調侃說“寧愿穿裙子,也不戴手表”。

  19世紀六七十年代。1961年數學家Edward O. Thorp和Claude Shannon為了在輪盤賭博中作弊制作了一些電腦計時設備,其中一個藏在鞋里,另一個藏在一盒煙中。之后出現各種版本的類似裝置,藏在鞋里的計時器的圖片可參考www.eyetap.org。Thorp自認為是第一個“可穿戴式計算機”的發明者。在其他版本中,它是一個可以預測輪盤齒輪運動的煙盒大小的模擬計算機。使用者利用隱藏在鞋里的微型開關可計算出輪盤的轉速,計算機計算出應該下什么注并通過無線電發送相應的樂音到藏在同伙耳道里的微型揚聲器中。系統于1961年6月在拉斯維加斯測試成功,但揚聲器線的硬件問題使得它在測試外不可用。這不是一個可穿戴式計算機,而是一個有特殊用途的硬件,因為它不能在使用過程中改變意圖。這項工作一直是一個秘密,直到Thorp在1966寫的書《Beat the Dealer》中首次提到并于1969年具體出版。19世紀七十年代還有類似具有特殊作用的硬件計時設備,如用下一代科技制作的輪盤賭預測設備。特別地,一個叫做 Eudaemonic Enterprises的小組利用一個5k RAM的CMOS 6502微處理器制作了一個方便數據產生者和賭徒之間感應無線通信的藏在鞋里的計算機。另外一個早期的可穿戴式系統是一件為盲人使用的基于攝像頭到觸覺傳感器的背心,由C.C. Collins于1977年發布,能在背心上將圖像轉換成1024點,10平方英寸的觸覺網絡。在消費者方面,惠普于1977年發布一款HP-01代數計算手表。

  19世紀八十年代更通用的可穿戴式計算機得到發展,從特殊任務硬件到更通用設備(如用戶可編程)的發展更符合現代對計算機的定義。1981年Steve Mann設計并制作出基于安裝6502雙肩包的可穿戴多媒體計算機,它具有文本、制圖、多媒體和視頻(相機和其他攝影系統)。Mann是一位可穿戴式領域早期活躍的研究者,特別是他于1994年創造了嵌入式無線攝像頭,這是生命記錄( Lifelogging)的第一個例子。1986年Steve Roberts利用機載計算機和弦鍵盤制造了躺騎車——Winnebiko-II,雖然這不是可穿戴式技術,但這是Steve Roberts在游牧計算上的第一次突破,他可以讓你邊騎車邊打字。

  1989-1999年。1989年反射技術為被稱為“私人眼”的頭盔式顯示器打開了市場,它使用振動鏡掃描一個垂直LED陣列來開闊視野。這種顯示器導致了一些業余和研究的可穿戴式設備的出現,包括1991年Gerald "Chip" Maguire的IBM/哥倫比亞大學學生電子筆記本, Doug Platt的Hip-PC和卡內基梅隆大學的VuMan 1。學生電子筆記本由私人眼,東芝無磁盤AIX筆記本電腦(原型)和一個基于輸入系統和虛擬鍵盤的觸針組成,它用直接序列擴頻無線鏈接提供所有的基于TCP/IP的服務,包括安裝文件系統的NFS和X11,運行于安卓環境。Hip-PC包括一個系在腰帶上被用作和弦鍵盤的議程掌上電腦和一個1.44兆字節的軟盤驅動器,后續版本添加了一些Park Engineering中的設備,系統于1991年4月16日在The Lap and Palmtop Expo上首次發布。VuMan 1作為卡內基梅隆大學工程設計研究中心一個夏季項目課程的一部分而開發,用于查看房子的藍圖,通過系在腰帶上的一個三個按鈕單元輸入,通過私人眼輸出,CPU是0.5MB ROM的8MHz 80188處理器。

  1993年私人眼被用于Thad Starner的可穿戴式設備,它基于 Doug Platt的系統和Park Enterprises的一個工具箱,私人眼從Devon Sean McCullough租借而來,專業和弦鍵盤由Handykey制造。這個系統的后續迭代版本成為MIT“Tin Lizzy”可穿戴式計算機,Starner成為MIT可穿戴式計算項目的創始人之一。1993年還出現了哥倫布大學的增強現實系統,稱為KARMA:基于知識的維護援助增強現實。用戶在一只眼上佩戴私人眼顯示,就可以看到真實世界的畫面效果。KARMA能覆蓋任何維修設備的線框電路圖和維護說明書。例如,激光印刷機上的圖形線框圖能解釋怎樣改變紙托盤,系統利用附著在物理世界對象上的傳感器進行定位,整個系統在一臺臺式機上運行。

  1994年多倫多大學的 Edgar Matias 和 Mike Ruicci推出一個手腕電腦。他們的系統提供了另一種新興平視顯示和可穿戴式弦鍵盤的方法。系統搭建于改進的HP 95LX掌上電腦和Half-QWERTY單手鍵盤。由于鍵盤和顯示模塊綁定在操作者的前臂上,可結合手腕打字進行文本輸入。同樣的技術被IBM研究人員用于創造半鍵盤腰帶電腦。同樣在1994年,施樂EuroPARC的Mik Lamming 和 Mike Flynn演示了一款名叫Forget-Me-Not的可穿戴式設備,它能記錄人和設備的交互并將信息儲存在數據庫中供以后查詢。它通過與房間里的無線發射設備交互來記住誰在那,誰在電話邊講話和房間里有什么物品,用戶可以查詢如“我在和Mark打電話時誰經過我的辦公室”這樣的問題。與多倫多大學的系統一樣,Forget-Me-Not不基于頭盔式顯示。

  同樣在1994年,為了生產一系列可軍用和商用的電腦、無線電話、導航系統和人機交互系統,DARPA啟動了Smart Modules Program來開發一種模塊化的可穿戴和可攜帶式計算機。1996年七月DARPA主辦了“2005年的可穿戴式設備”研討會,結合工業、學術和軍用愿景致力于是個人計算機具有計算能力。1997年10月,卡內基梅隴大學、MIT和佐治亞理工學院在麻省劍橋聯合主辦IEEE可穿戴式計算機國際研討會(ISWC)。研討會是一個純粹的學術會議,注冊參加的382人來自于應用新傳感器和硬件于可穿戴式計算機的專家學者。

  20世紀初。2002年,作為Kevin Warwick的項目Cyborg的一部分,Warwick的妻子Irena佩戴了一條通過植入電極陣列與Warwick的神經系統電子連接的項鏈。項鏈的顏色根據Warwick的神經系統信號變紅或變藍。Bruce H Thomas博士和Wayne Piekarshi博士發展了Tinmith可穿戴式計算機系統以支持增強現實。這項工作最早發表于2000年的ISWC會議,由南澳大利亞大學的可穿戴式計算機實驗室進行研究。20世紀初的后幾年,多家中國公司開始生產手表形式的移動電話,后代產品包括1.8英寸顯示的GSM手機i5和i6,和ZGPAX s5安卓手表電話。

  2010年后。近年來IEEE、IETF和一些工業組織(如藍牙)的一些標準化工作使得多種接口技術如WPAN(無線個人局域網)和WBAN(無線體局域網)得到發展,提供了接口和網絡新的設計分類。第六代iPod Nano可以轉換成可穿戴式手表計算機。可穿戴式計算的發展現在涵括康復工程、流動干預治療、生命保護系統和防御可穿戴系統等。索尼正在出售一款叫索尼智能手表的兼容安卓的手表,它是一個附加的遠程顯示和通知工具,必須與安卓手機配套使用。谷歌眼睛在2013年向一些測試用戶開放了他們的光學頭盔顯示(OHMD),并計劃于2014年向消費者開放。谷歌的目標是生產一種暢銷的無處不在的計算機,通過自然語言聲音指令與網絡交互,為用戶展現像智能手機一樣免提形式的信息。根據蘋果注冊的商標,傳聞蘋果正在研發一款叫“iWatch”的智能手表。

  可穿戴計算機產品:

  Google Glass

  2012年6月28日,谷歌通過I/O產品發布會發布了這款穿戴式IT產品。谷歌眼鏡結合了聲控、導航、照相與視頻聊天等功能,預示了未來世界可能的樣貌。一塊右眼側上方的微縮顯示屏,一個右眼外側平行放置的720p畫質攝像頭,一個位于太陽穴上放的觸摸板,以及喇叭、麥克風、陀螺儀傳感器和可以支撐6小時電力的內置電池。Google在I/O大會上公開了研發多時的Google Glass,一個近似配戴眼鏡方式的輔助信息系統。盡管謝爾蓋·布林并未更多透露Google Glass的工程細節,但1500美元的2013年預訂價格,暗示了Google Glass的試驗性質,至少按照目前無線傳輸和電池系統之間的能耗關系,Google Glass還無法實現很多以往科幻小說中的諸多設想。對于這款眼鏡,谷歌方面自然十分重視,公司多次向公眾傳達這樣一個理念:穿戴式計算將成為未來的趨勢.谷歌公司創始人謝爾蓋?布林稱,這副眼鏡改變了他的活動方式.他舉了一個例子:將自己的兒子用雙手反復拋向空中,谷歌眼鏡可以拍照并記錄這一時刻.布林說:“用智能手機或照相機根本無法做到.”谷歌產品經理史蒂夫?李則表示,打造這款眼鏡的目標是提升人們的社交生活,不是炫耀技術.谷歌Project Glass團隊主管巴巴卡?帕韋茲稱,希望人們能把科技穿在身上――眼睛、耳朵和手.  《紐約時報》的專欄作者尼克?比爾頓,甚至將谷歌眼鏡與歷史上的印刷機和電影的發明相提并論,認為這一技術將改變世界.他說:“當這項技術成熟,我們就能獲得解放.可穿戴計算機將使我們擺脫緊盯4英寸屏幕的生活.我們不再需要無時無刻看著設備,相反,這些可穿戴設備會回過來看著我們.”

  索尼頭戴式個人3D影院

  1989年,日本著名漫畫家鳥山明在其推出的《龍珠Z》漫畫中創造了一種“戰斗力偵測器”,這是一種像眼鏡一樣戴在頭上的東西,佩戴者可以通過目測,看出每一個人的戰斗力數值。23年后,谷歌公司推出了一款谷歌眼鏡。雖然這款眼鏡看不出戰斗力,但擁有主流智能手機的所有功能,通信、數據業務一應俱全。一百多年來,全球科技發展日新月異,科技產品從想像變為現實的例子比比皆是,而其中能大規模商用的比例并不高。谷歌眼鏡會是其中之一嗎?值得注意的是,盡管思路完全不同,老牌電子消費企業索尼也有自己的商用化頭戴式產品,而蘋果公司也在動類似的腦筋。“眾星捧月”之下,解放雙手的頭戴式設備到底離我們有多遠?其實一點都不遠。

  蘋果“眼鏡”顯示器

  據悉,蘋果的穿戴IT設備專利的摘要描述內容顯示,該技術將使用一到兩臺顯示器,以將圖像投射到用戶眼睛當中。通常情況下,此類顯示器并不會向用戶的外圍視線播放圖像,而蘋果這項專利技術則采取了新方式,使顯示器所播放圖像不但會進入用戶視線中,而且還能夠“引導”用戶視線。這也意味著蘋果這項專利針對的是“淹沒式”設備(完全占據用戶的視線),而非谷歌智能眼鏡的“走動式”設備(可同時看到周圍景觀)。蘋果技術專利還談到了將兩個圖像分別投射到用戶兩只眼睛的技術原理,稱此舉將有效解決用戶戴上設備后引起的不適,并增加圖像亮度和擴大視場。

  蘋果iwatch

  如今智能的設備已經不局限于手機和平板電腦,由谷歌研發的Google Glass“拓展現實”眼鏡讓我們眼前一亮,隨著科技的進步,人類已經具備了之前很多科幻電影里面才會出現的設備,近期蘋果為了叫板谷歌,也推出了一款智能設備,這就是由概念設計師Anders Kjellberg設計的智能手表—iWatch,這款手表內置了iOS系統,并且支持Facetime、WiFi、藍牙、Airplay等功能,同時最令人驚喜的是,iWatch支持Retina觸摸屏,這款手表看似和iPod nano一樣,也具備16GB的存儲空間,令人興奮的是iWatch還具備8種個性化的表帶,讓你盡情揮灑個性。

  發展前景:

  在可穿戴機可預見的未來里,孩子背著書包出門,父母通過孩子隨身佩戴的可穿戴機看見他所處的環境,隨時與他面對面通話;商店里,面對琳瑯滿目的商品不知所措的丈夫經由妻子的“遠程”參考后買回了滿意的商品;年邁的父母無法縱情山水,通過在旅游勝地的兒女的眼睛“看旅游”……雖然可穿戴機可在許多特殊任務領域得到充分利用,但人們更希望它早日進入日常生活。
 

可穿戴計算機
 

  發展難點:

  楊教授說,現在使可穿戴機完全進入生活的技術還不成熟,如可穿戴機要求體積小、輕,但又要求使用時間長,現在一套可穿戴機的重量大約是5公斤,其中一半重量來自電池。在無線電通訊方面,它要求有長距離繞射能力,使電波可以繞過障礙物,同時又要求有快速度和寬頻帶,這些都是相互矛盾的。軟件方面,適用于PC機的WIN98等操作系統對于可穿戴機來說太大了,可穿戴機必須開發自己的嵌入式操作系統,總之,“當人幾乎感覺不到它的特殊存在時,可穿戴機就可以和人一起處理日常生活了。”楊教授說。

  許多人認為,可穿戴計算機“無非是一個小的PC機掛在身上”,一些計算機基礎研究者對其也不以為然。楊孝宗教授卻不這么認為,“它是一個新的概念”。可穿戴機雖然看起來是穿戴在人體上工作,但并不能僅僅理解為將計算機穿在身上,在可穿戴計算工程中有11項關鍵技術,如無線自組網、System-on-Chip(一個芯片一臺機)、無線通訊、嵌入式操作系統等都是當前計算機科學的難關。業內專家也曾宣稱:“任何有利于縮小人機隔閡的研究都是有生命力價值的!”正是基于這一點,國內計算機的先鋒“青年計算機科技論壇”曾專門以此為論題召開了可穿戴計算機新技術報告會。

  加拿大傳媒學家麥克盧漢在上個世紀60年代就提出了“媒介是人的延伸”,今天的可穿戴計算機正在實現著人各個器官的功能,并延長著每一個功能。在穿戴計算機時代,楊孝宗教授認為,“我們要實現的就是,將人圍著計算機轉轉變為計算機圍著人轉”。

  可穿戴計算機商業化:

  由Xyberbaut、CDI和ViA等公司引導的通用可穿戴式計算機商用化未取得明顯成功。Xybernaut試圖于IBM和索尼等公司建立聯盟大范圍推廣可穿戴式計算,但是2005年他們的股票退市并申請Capter 11破產保護,公司因為金融丑聞被聯邦調查局調查,直到2007年2月取消破產保護。ViA于2001年申請破產隨后停止營業。1998年Seiko投資一家相當大的手表計算機公司Ruputer,但回報平平。2001年IBM開發并展示了兩個運行于Linux的手表計算機原型,2004年據說售價250美元但仍在開發中。2002年Fossil公司宣布運行于Palm OS的Fossil Wrist PDA,它的發布日期定于2003年夏,但延遲了若干次直到2005年2月5日最終發布。Timex Datalink是另一款實用可穿戴式計算機的例子。Hitachi在2002年發布了一款叫Poma的可穿戴式計算機。Eurotech發布一款手腕穿戴觸屏計算機ZYPAD,它具備GPS、Wi-Fi和藍牙連接功能并能運行一些常見應用[37]。2013年,MIT開發了一款戴在手腕上可控制體溫的可穿戴式計算設備。

  可穿戴式計算機的吸引力和疲軟的市場接受度導致松下電腦公司在這一市場的失敗。松下有超過10年的移動計算Toughbook生產線經驗,并對便攜的、可穿戴的計算產品展開了市場調查。2002年松下宣布一款配備手持或戴在手臂觸摸屏的可穿戴式磚塊式計算機。計算機能于屏幕無線交互,同時計算機能與因特網或其他網絡交互。這款可穿戴式計算機于2005年低調投入市場,但是屏幕升級為用于扶手帶的輕薄觸摸屏。(“Brick"計算機即CF-07 Toughbook,雙電池,屏幕用同樣的電池,800*600分辨率,可選GPS和WWAN。有一個M-PCI擴展槽和一個PCMCIA擴展槽。CPU是600mHz奔騰3處理器,300mHz時鐘,因而能被動降溫,盡管沒有風扇。微軟的dim ram是可升級的,屏幕能無線地用于其它計算機。)

  谷歌已經宣布他們正在開發一款基于頭盔式顯示的叫做谷歌眼鏡的可穿戴增強現實設備。它目前可被一些特定的開發者使用并與2013年末向公眾開放購買。

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