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mHealth穿戴式电子创新技术
Gartner 2013可穿戴式保健电子卓越厂商

【作者: Gartner】2013年09月02日 星期一

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可穿戴式电子产品(wearable electronics)逐渐崛起,此种穿戴或黏贴在人体上的无线装置,属于物联网趋势下各种电子产品之一。如健身追踪器(fitness tracker)这类可穿戴式电子产品,往往附有数据分析应用程序或服务以提供用户有用的信息,并且能够透过智能型手机与平板取得。


可穿戴式电子产品相关服务的未来趋势,需结合生物传感器(biosensor)以及环境中监测器所测得的信息,针对当下情境提供用户相关信息。传感器本身尺寸极小,不易引人注意甚至具有隐形效果,例如可藏在表面后方、卡接到帽子上或缝在衣服里。


可穿戴式装置与相关应用程序越来越受运动员、健身迷以及养生人士的欢迎。如生物传感器及监测器等可穿戴式电子健康产品,便可直接针对消费者营销。至2016年,上述装置、活动追踪器、性能分析器以及计步器的总营收可望达34亿美元。


可穿戴式电子产品的普及,部分拜低成本与低耗能传感器、控制器与联网芯片的问世所赐。有了由电池辅助的被动式RFID卷标,便可在本机(locally)内搜集并储存特定的生物识别讯息。利用整合电池运作的传感器,可将生理状态传送给读取装置并提供基本的生物数据处理功能,例如心律以及心律变动分析。


业者正针对马拉松跑者速度排行之类的应用程序,研发如何结合传感器所测得信息(例如整合同一可穿戴式装置中的RFID与GPS信息)。可穿戴式电子产品要广为普及,商业模式与应用必须考虑传感器的成本,目前价格从5美元起跳,较为高阶者则要数百美元。


以下特别介绍的四家公司皆针对mHealth推出的可穿戴式电子产品,代表了健康与保健领域智能电子产品的不同应用,而选出的业者均采用创新的半导体组件技术。


MC10的「数字刺青」感测电路

MC10是一款薄型、可伸缩式电子传感器与电路,其形状符合人体曲线,有如「数字刺青」一般可戴在身上,或仅须轻压即可黏贴于皮肤,因此穿戴容易且舒适。其设计主要目的是要让电子产品与人体吻合,而非要人来适应电子产品。


该芯片源自于传统半导体科技,但极度轻薄仅有数微米的厚度,且不使用传统基板而是包覆在聚合物中。电路本身为弹性材质,传感器与电线嵌入另一种可伸缩式材料,能塑型并黏附在身体上。将各种传感器与处理芯片整合在一起,便能从人体搜集各种信号,产生可以检视或撷取的输出。


在今(2013)年的CES上,MC10宣布正研发一款含水度贴布,具有黏性的绷带表层下有可挠式传感器与皮肤接触,能测量皮肤含水度。这项技术还能应用在个人采电(personal power harvesting),只要将太阳能电池整合到可挠式电路,便能结合一般服装,用来为其它个人装置提供电力。


MC10这类技术应用范围极广,属于数字健康监测类别。适用范畴包括脑电波仪(electroencephalography)、心电图、心律、肌电仪(electromyography)、含水度、动作、血液含氧量以及温度的监测器。此类监测器适合与数字运动及消费性数字健康市场产品进行整合,但也能应用在传统医疗产品市场,适合临床应用或远程生命征象监测应用。



图一 : MC10有如「数字刺青」可戴在身上,或仅须轻压即可黏贴于皮肤(图:MC10)
图一 : MC10有如「数字刺青」可戴在身上,或仅须轻压即可黏贴于皮肤(图:MC10)

随身微型生理监测模块:Valencell

所有的个人健康与保健监测器皆需使用配件,Valencell则利用一款多数人已经拥有的智能型手机,并将应用的复杂程度降至最低。Valencell开发出一种生理监测模块并提供授权,包含一个传感器模块、一个数字信号处理(DSP)芯片,以及生物辨识韧体与应用程序编程接口,让OEM代工业者能将之整合至耳塞式耳机、臂带或腕带等可穿戴式运动与健身产品。


这款生物传感器包含了一个光学机械传感器模块,其中还运用了DSP技术,能感测并计算用户的心律、行走速度以及距离,以及燃烧的卡路里数与血氧信息,用户只要透过智能型手机便能查询。


此种优雅的应用方式之所以创新,是因为取得数据时所采用的技术。Valencell利用DSP技术,侦测用户耳中血管的血流如何调整那些反射回到耳机系统的入射红外线(IR)波。透过吸收与扩散,还有从血管反射到耳机系统的剩余IR波所带来的杂音,这样的信号处理一定会造成IR发射结果大打折扣。


Gartner认为这项产品可服务的市场范围相当广,零售商、耳机制造商,或像Polar与Garmin这些投资保健与健身产业的OEM代工厂,以及医疗人员与终端用户,都会对这样的东西有兴趣。



图二 : Valencell开发的生理监测模块,可整合至耳塞式耳机当中(图:Valencell)
图二 : Valencell开发的生理监测模块,可整合至耳塞式耳机当中(图:Valencell)

AfterShokz骨传导耳机 安全畅行街头

一般的耳机总是要把耳朵或耳道覆盖得愈密愈好,以换得更佳的声音质量。但这类封闭式的设计,往往也阻挡了街头其他声音被听到,很多意外就是因此发生的。一家纽约的科技公司VoxLinc提出了创新的耳机技术,他们称其为AfterShokz开放式运动耳机,可让人在路上使用耳机时更为安全。


图三 : AfterShokz骨传导耳机能提供消费者更舒适且安全的聆听体验 (图:VoxLinc)
图三 : AfterShokz骨传导耳机能提供消费者更舒适且安全的聆听体验 (图:VoxLinc)

VoxLinc 公司研发AfterShokz「耳机」,采用了骨传导(bone conduction)的技术,此技术专利正在申请中。其耳机的关键组件是一个附有特殊悬架的磁性换能器(transducer),可戴在耳道前端(而非内部),因此耳道不必封闭而能接收四周环境的声音。这提升了跑者、行人或自行车手的安全。


VoxLinc称它为「状况感知」(situational awareness)耳机,让用户能清楚听到车辆或行人逼近时所发出的声音。戴上了它,耳机用户能听到音乐、音频节目或用智能手机讲电话,却不阻碍耳道监控其他音频环境。VoxLinc表示该公司产品已为盲人所采用,利用环境噪音帮助他们在城市街道上畅行无阻。


AfterShokz使用骨传导技术,将来自耳机的音频内容传导至听者内耳。实为耳机震动上颚骨,其后刺激耳蜗,无须经过耳道与耳膜。因为它的开放式耳部设计并不会阻挡用户听见环境音,VoxLinc宣称AfterShokz骨传导耳机能提供消费者更舒适且安全的聆听体验。


AfterShokz吸引的对象涵盖设备零售商、运动迷到消费性电子配件零售商。从事建筑、运输、紧急应变与公共安全相关户外工作人员装备的管理阶层,应考虑使用骨传导耳机来替换传统耳机。


远程病患监测系统 – ZephyrLIFE

根据研究分析,持续监控病患生命征象,有可能提升病患安全、节省成本并提高效率,也能减少回院次数。在某些状况下,对病患的早期侦测很可能扭转一场医疗危机。Zephyr Technology的远程体能状况监测(physical status monitoring, PSM)解决方案,能无线监控在养老院或医院中病患,且符合美国《健康保险便利和责任法案》(HIPAA)规定。


病患或长者可在家配带ZephyrLIFE生物传感器,也就是将Zephyr开发的BioPatch生物传感器,以电极贴片直接贴在胸前。在远程监测其生命征象的医疗人员可运用ZephyrLIFE监控系统在同一屏幕上同时检视多位病患状态,以决定处理的先后顺序。此系统还能监测病患生命征象,在状况恶化时提出警告,甚至可通知紧急应变小组到病患家介入治疗。


Zephyr宣称其传感器正在整合高通(Qualcomm)、AT&T与Verizon的网络解决方案,以便日后与消费性家用健康监测服务进行捆绑。此外,Zephyr产品属开放式平台,软件开发工具包均与Android、iOS兼容。


除了针对病患的早期体能状况监测方案外,Zephyr目前也推出健身监测解决方案,价格从70美元起跳。其中BioHarness传感器解决方案,让用户能分析自己的心跳节奏(心律、恢复率与变动率)、加速状况与运动强度。结合来自GPS传感器的数据,第三方应用程序便能追踪用户的心律及表现随地点变化(例如上坡跑步时)的状态。


BioHarness传感器可装入以智能布料制成的胸带,在具有弹性的带子中织入具有传导性的缕线。由于贴近皮肤的是智能布料而非传感器,胸带因此更为舒适。BioHarness传感器也能插入Zephyr运动防摔衣(compression shirt)上的插座,用来替代胸带。



图四 : ZephyrLIFE远程病患监控系统
图四 : ZephyrLIFE远程病患监控系统

结论

不久的将来,包括老人、病人及健身迷都会使用各类型的可穿戴式电子产品来监控自己的健康状况,在企业中,人资部门也可用来维护员工人身安全与健康。极欲寻求新商机的电子制造商,应深入了解可穿戴式装置业者所拥有的相关创新技术。


(作者为Gartner研究总监 Angela McIntyre、研究总监 Adib Carl Ghubril、首席分析师 Anshul Gupta、研究总监 Steve Ohr、资深分析师 Michele Reitz)


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