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mHealth穿戴式電子創新技術
Gartner 2013可穿戴式保健電子卓越廠商

【作者: Gartner】   2013年09月02日 星期一

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可穿戴式電子產品(wearable electronics)逐漸崛起,此種穿戴或黏貼在人體上的無線裝置,屬於物聯網趨勢下各種電子產品之一。如健身追蹤器(fitness tracker)這類可穿戴式電子產品,往往附有資料分析應用程式或服務以提供使用者有用的資訊,並且能夠透過智慧型手機與平板取得。


可穿戴式電子產品相關服務的未來趨勢,需結合生物感測器(biosensor)以及環境中監測器所測得的資訊,針對當下情境提供使用者相關資訊。感測器本身尺寸極小,不易引人注意甚至具有隱形效果,例如可藏在錶面後方、卡接到帽子上或縫在衣服裡。


可穿戴式裝置與相關應用程式越來越受運動員、健身迷以及養生人士的歡迎。如生物感測器及監測器等可穿戴式電子健康產品,便可直接針對消費者行銷。至2016年,上述裝置、活動追蹤器、性能分析器以及計步器的總營收可望達34億美元。


可穿戴式電子產品的普及,部分拜低成本與低耗能感測器、控制器與聯網晶片的問世所賜。有了由電池輔助的被動式RFID標籤,便可在本機(locally)內蒐集並儲存特定的生物識別訊息。利用整合電池運作的感測器,可將生理狀態傳送給讀取裝置並提供基本的生物資料處理功能,例如心律以及心律變動分析。


業者正針對馬拉松跑者速度排行之類的應用程式,研發如何結合感測器所測得資訊(例如整合同一可穿戴式裝置中的RFID與GPS資訊)。可穿戴式電子產品要廣為普及,商業模式與應用必須考量感測器的成本,目前價格從5美元起跳,較為高階者則要數百美元。


以下特別介紹的四家公司皆針對mHealth推出的可穿戴式電子產品,代表了健康與保健領域智慧電子產品的不同應用,而選出的業者均採用創新的半導體元件技術。


MC10的「數位刺青」感測電路

MC10是一款薄型、可伸縮式電子感測器與電路,其形狀符合人體曲線,有如「數位刺青」一般可戴在身上,或僅須輕壓即可黏貼於皮膚,因此穿戴容易且舒適。其設計主要目的是要讓電子產品與人體吻合,而非要人來適應電子產品。


該晶片源自於傳統半導體科技,但極度輕薄僅有數微米的厚度,且不使用傳統基板而是包覆在聚合物中。電路本身為彈性材質,感測器與電線嵌入另一種可伸縮式材料,能塑型並黏附在身體上。將各種感測器與處理晶片整合在一起,便能從人體蒐集各種信號,產生可以檢視或擷取的輸出。


在今(2013)年的CES上,MC10宣佈正研發一款含水度貼布,具有黏性的繃帶表層下有可撓式感測器與皮膚接觸,能測量皮膚含水度。這項技術還能應用在個人採電(personal power harvesting),只要將太陽能電池整合到可撓式電路,便能結合一般服裝,用來為其它個人裝置提供電力。


MC10這類技術應用範圍極廣,屬於數位健康監測類別。適用範疇包括腦電波儀(electroencephalography)、心電圖、心律、肌電儀(electromyography)、含水度、動作、血液含氧量以及溫度的監測器。此類監測器適合與數位運動及消費性數位健康市場產品進行整合,但也能應用在傳統醫療產品市場,適合臨床應用或遠端生命徵象監測應用。



圖一 : MC10有如「數位刺青」可戴在身上,或僅須輕壓即可黏貼於皮膚(圖:MC10)
圖一 : MC10有如「數位刺青」可戴在身上,或僅須輕壓即可黏貼於皮膚(圖:MC10)

隨身微型生理監測模組:Valencell

所有的個人健康與保健監測器皆需使用配件,Valencell則利用一款多數人已經擁有的智慧型手機,並將應用的複雜程度降至最低。Valencell開發出一種生理監測模組並提供授權,包含一個感測器模組、一個數位信號處理(DSP)晶片,以及生物辨識韌體與應用程式介面,讓OEM代工業者能將之整合至耳塞式耳機、臂帶或腕帶等可穿戴式運動與健身產品。


這款生物感測器包含了一個光學機械感測器模組,其中還運用了DSP技術,能感測並計算使用者的心律、行走速度以及距離,以及燃燒的卡路里數與血氧資訊,使用者只要透過智慧型手機便能查詢。


此種優雅的應用方式之所以創新,是因為取得數據時所採用的技術。Valencell利用DSP技術,偵測使用者耳中血管的血流如何調整那些反射回到耳機系統的入射紅外線(IR)波。透過吸收與擴散,還有從血管反射到耳機系統的剩餘IR波所帶來的雜音,這樣的信號處理一定會造成IR發射結果大打折扣。


Gartner認為這項產品可服務的市場範圍相當廣,零售商、耳機製造商,或像Polar與Garmin這些投資保健與健身產業的OEM代工廠,以及醫療人員與終端使用者,都會對這樣的東西有興趣。



圖二 : Valencell開發的生理監測模組,可整合至耳塞式耳機當中(圖:Valencell)
圖二 : Valencell開發的生理監測模組,可整合至耳塞式耳機當中(圖:Valencell)

AfterShokz骨傳導耳機 安全暢行街頭

一般的耳機總是要把耳朵或耳道覆蓋得愈密愈好,以換得更佳的聲音品質。但這類封閉式的設計,往往也阻擋了街頭其他聲音被聽到,很多意外就是因此發生的。一家紐約的科技公司VoxLinc提出了創新的耳機技術,他們稱其為AfterShokz開放式運動耳機,可讓人在路上使用耳機時更為安全。


圖三 : AfterShokz骨傳導耳機能提供消費者更舒適且安全的聆聽體驗 (圖:VoxLinc)
圖三 : AfterShokz骨傳導耳機能提供消費者更舒適且安全的聆聽體驗 (圖:VoxLinc)

VoxLinc 公司研發AfterShokz「耳機」,採用了骨傳導(bone conduction)的技術,此技術專利正在申請中。其耳機的關鍵元件是一個附有特殊懸架的磁性換能器(transducer),可戴在耳道前端(而非內部),因此耳道不必封閉而能接收四周環境的聲音。這提升了跑者、行人或自行車手的安全。


VoxLinc稱它為「狀況感知」(situational awareness)耳機,讓使用者能清楚聽到車輛或行人逼近時所發出的聲音。戴上了它,耳機使用者能聽到音樂、音頻節目或用智慧手機講電話,卻不阻礙耳道監控其他音頻環境。VoxLinc表示該公司產品已為盲人所採用,利用環境噪音幫助他們在城市街道上暢行無阻。


AfterShokz使用骨傳導技術,將來自耳機的音頻內容傳導至聽者內耳。實為耳機震動上顎骨,其後刺激耳蝸,無須經過耳道與耳膜。因為它的開放式耳部設計並不會阻擋使用者聽見環境音,VoxLinc宣稱AfterShokz骨傳導耳機能提供消費者更舒適且安全的聆聽體驗。


AfterShokz吸引的對象涵蓋設備零售商、運動迷到消費性電子配件零售商。從事建築、運輸、緊急應變與公共安全相關戶外工作人員裝備的管理階層,應考慮使用骨傳導耳機來替換傳統耳機。


遠端病患監測系統 – ZephyrLIFE

根據研究分析,持續監控病患生命徵象,有可能提升病患安全、節省成本並提高效率,也能減少回院次數。在某些狀況下,對病患的早期偵測很可能扭轉一場醫療危機。Zephyr Technology的遠端體能狀況監測(physical status monitoring, PSM)解決方案,能無線監控在養老院或醫院中病患,且符合美國《健康保險便利和責任法案》(HIPAA)規定。


病患或長者可在家配帶ZephyrLIFE生物感測器,也就是將Zephyr開發的BioPatch生物感測器,以電極貼片直接貼在胸前。在遠端監測其生命徵象的醫療人員可運用ZephyrLIFE監控系統在同一螢幕上同時檢視多位病患狀態,以決定處理的先後順序。此系統還能監測病患生命徵象,在狀況惡化時提出警告,甚至可通知緊急應變小組到病患家介入治療。


Zephyr宣稱其感測器正在整合高通(Qualcomm)、AT&T與Verizon的網路解決方案,以便日後與消費性家用健康監測服務進行綑綁。此外,Zephyr產品屬開放式平台,軟體開發套件均與Android、iOS相容。


除了針對病患的早期體能狀況監測方案外,Zephyr目前也推出健身監測解決方案,價格從70美元起跳。其中BioHarness感測器解決方案,讓使用者能分析自己的心跳節奏(心律、恢復率與變動率)、加速狀況與運動強度。結合來自GPS感測器的資料,第三方應用程式便能追蹤使用者的心律及表現隨地點變化(例如上坡跑步時)的狀態。


BioHarness感測器可裝入以智慧布料製成的胸帶,在具有彈性的帶子中織入具有傳導性的縷線。由於貼近皮膚的是智慧布料而非感測器,胸帶因此更為舒適。BioHarness感測器也能插入Zephyr運動防摔衣(compression shirt)上的插座,用來替代胸帶。



圖四 : ZephyrLIFE遠端病患監控系統
圖四 : ZephyrLIFE遠端病患監控系統

結論

不久的將來,包括老人、病人及健身迷都會使用各類型的可穿戴式電子產品來監控自己的健康狀況,在企業中,人資部門也可用來維護員工人身安全與健康。極欲尋求新商機的電子製造商,應深入了解可穿戴式裝置業者所擁有的相關創新技術。


(作者為Gartner研究總監 Angela McIntyre、研究總監 Adib Carl Ghubril、首席分析師 Anshul Gupta、研究總監 Steve Ohr、資深分析師 Michele Reitz)


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