可穿戴计算机
来源:深圳市赛亿科技开发正好彩票作者:日期:2019-07-12 10:43:25点击:683次

  可穿戴计算机的前身曾并不光彩。上个世纪60年代,美国赌场里的赌客们将小型的摄像头、对讲机等机器挂在身上或放在口袋里,以此得到同伴的信息进而在赌局中获胜。尽管如此,它仍向人们透露了一个信息:人们已不满足于将计算机置于桌面上的人机分离状态,开始思考如何使人机结合得更紧密。

  可穿戴计算机对人们来说其实并不陌生。杨孝宗教授说,从宽泛的概念来看,近年来为人们所熟悉的U盘、PDA、MP3和手机都是可穿戴计算机的一种。它们实现了可穿戴机的部分功能,U盘类似于可穿戴机的CF机存储器;PDA就是一个小的掌上电脑;而MP3已经具备了处理器与存储器,手机也是一个有处理能力的随身佩戴的计算机。
 

可穿戴计算机
 

  目录

  1、可穿戴计算机简介

  2、可穿戴计算机应用

  3、可穿戴计算机改进

  4、可穿戴计算机历史

  5、可穿戴计算机产品

  6、发展前景

  7、发展难点

  8、可穿戴计算机商业化

  可穿戴计算机简介:

  可穿戴式计算机,也叫body-borne计算机或wearables,是指可佩戴在人身上或衣服上的微信电子设备。这类可穿戴技术是为通用或专用信息技术和媒体而开发。在需要复杂的计算支持而不仅仅是硬件编码逻辑的情况下,可穿戴式计算机尤其有用。

  可穿戴式计算机的一个主要特征是一致性。计算机需要和用户不断进行性交互,即无需对设备进行开启或关闭操作。另一个特征是其具有处理多任务的能力,你无需停下你手头的工作来使用设备,可扩展到所有其他操作。这些设备使得用户像装了假肢似的,因此可以作为用户精神或身体的一种延伸。

  可穿戴式计算机遇到的许多问题与移动计算机处理技术(mobile computing)、环境智能(ambient intelligence)和普适计算(ubiquitous computing)等遇到的问题是相同的,包括电源管理和散热、软件架构、无线网络和个人局域网。

  可穿戴式计算机国际研讨会( International Symposium on Wearable Computers)是可穿戴式计算机方面持续最长的学术会议,由于可穿戴式计算深刻影响着社会,它成为2013IEEE技术和社会国际研讨会(2013 IEEE International Symposium on Technology and Society,ISTAS 2013)的中心主题。

  可穿戴计算机应用:

  在一些发达国家,可穿戴机已经被广泛应用在危险事件的处理中。杨孝宗教授描述了这样的场面:大楼起火,烟雾迷漫,漆黑一片。消防员随身佩戴的可穿戴机将信息整合后可以迅速提示其在整个楼房中的位置、楼内哪里还有幸存的生命,从而救出被困人员;灾情突然发生,受伤人员急需现场手术,救护人员通过可穿戴机进行远程会诊,成功实施手术;进行飞机紧急维修的维修工人通过可穿戴机边阅读存储器中的维修手册,边与总部沟通,边自如地进行维修……
 

可穿戴计算机
 

  可穿戴计算机改进:

  科学家们正在想方设法改进技术,以利于可穿戴机“上身”。美国已经研制出火柴盒大小的主机,虽然只有火柴盒大小,但却像真正的主机一样包括了处理器、存储器与接口。英国正在研制软式“计算机衣服”,在袖口、衣领都装有计算机控制开关。我国研制的眼镜般大小的微显示器放大效果已经达到50英寸/2米,这个概念相当于在两米处放置一台50英寸彩电的效果。杨教授自豪地称,这一技术国际领先,美国研制的最先进的微显示器的放大效果也只有32英寸/2米。

  杨孝宗教授介绍说,现在的可穿戴机已经做到衣服内部,使用计算机就如同穿衣服。有的可穿戴机被做到手表、背包、戒指、发卡等人们随身佩戴的小饰品中,佩戴这些小饰品可以帮助打台球的人准确地测定角度与力度,告诉不会跳舞的人该怎么走舞步。有人还试图将可穿戴机压缩成片,将计算机芯片植入人的皮下,但由于安装不便而放弃。

  从大型机到台式机到掌上电脑,科学家正在尽可能地缩短人机之间的距离,以最终实现“零距离”。

  哈工大可穿戴计算机工程中心的网络自组网的研究致力于解决可穿戴机的移动问题。可穿戴机的网是随身走的,即使没有网络的地方也可以与其他人联系,传递必要的信息。普通台式机上网采用TCP/IP协议的固定式网络,必须有主干网,它的弊端在于,网络中心故障会导致所有网上机器瘫痪。穿戴机则不同,它不需要主干网,每台机器都是自己的中心网,出现问题可以自组网络。比如说,10个身着可穿戴机的巡堤人员,可以将记录、拍摄到的语言、文字、图像传到指挥中心,中心下指示后可随时处理险情。而即使指挥中心坏掉了,也不会影响10个人之间的联络,他们可以再自行组网,形成一个“多跳网”,由A将信息传到B,再由B传到C……通过各机间的“跳”获得信息,而且这种“跳”是在瞬间完成的,不会影响传递的速度。

  可穿戴计算机历史:

  由于“可穿戴的”和“计算机”的各种定义,最早的可穿戴式计算机可能是第一个在项链上的算盘,一个16世纪的算盘环,瑞士宝玑公司在1810为那不勒斯之后制作的第一块手表,或是Thorp and Shannon 在十九世纪六七十年代为轮盘赌博作弊设计的隐藏在鞋里的秘密计时设备。一台计算机不仅仅是一个计时或计算设备,更是一台有复杂算法、接口和数据管理的可编程项目。根据这个定义,可穿戴式计算机是由Steve Mann(多伦多大学教授,被认为是可穿戴式计算机之父,由哈佛大学Woodward Yang主持的ISSCC第一届虚拟小组成员)在1970年代末最先发明的。可穿戴式设备经历了离散电子学由混合集成电路设计到完全集成设计的微型化发展,仅用一块处理器芯片、一块电池和一些界面条件项目就组成整个单元。

  16世纪,清朝出现了一个可佩戴在身上的功能齐全的算盘环的记录。

  18世纪,手表制造商宝玑于1810年为那不勒斯的女王制作了第一块可佩戴手表,这是一块在手链上的女士怀表。此时手表是一个可以佩戴并且可以计时的“可穿戴式计算机”,并不是现在我们所说的多用途计算机。之后由于有炮兵长抱怨用双手操作怀表来计算炮轰时间很不方便,瑞士芝柏表为德国海军制作了手表,至此可穿戴式设备用于军事用途。这位炮兵长将怀表绑在手腕上,他的上级很喜欢这个方法,于是命人去柏林生产附带在手镯上的怀表。早期在军队里接受手镯的人并不多,因为他们认为手镯是女士佩戴的,并认为手表只是一时的兴趣而不是严格的计时器。实际上他们如此鄙视手表以至于许多男士调侃说“宁愿穿裙子,也不戴手表”。

  19世纪六七十年代。1961年数学家Edward O. Thorp和Claude Shannon为了在轮盘赌博中作弊制作了一些电脑计时设备,其中一个藏在鞋里,另一个藏在一盒烟中。之后出现各种版本的类似装置,藏在鞋里的计时器的图片可参考www.eyetap.org。Thorp自认为是第一个“可穿戴式计算机”的发明者。在其他版本中,它是一个可以预测轮盘齿轮运动的烟盒大小的模拟计算机。使用者利用隐藏在鞋里的微型开关可计算出轮盘的转速,计算机计算出应该下什么注并通过无线电发送相应的乐音到藏在同伙耳道里的微型扬声器中。系统于1961年6月在拉斯维加斯测试成功,但扬声器线的硬件问题使得它在测试外不可用。这不是一个可穿戴式计算机,而是一个有特殊用途的硬件,因为它不能在使用过程中改变意图。这项工作一直是一个秘密,直到Thorp在1966写的书《Beat the Dealer》中首次提到并于1969年具体出版。19世纪七十年代还有类似具有特殊作用的硬件计时设备,如用下一代科技制作的轮盘赌预测设备。特别地,一个叫做 Eudaemonic Enterprises的小组利用一个5k RAM的CMOS 6502微处理器制作了一个方便数据产生者和赌徒之间感应无线通信的藏在鞋里的计算机。另外一个早期的可穿戴式系统是一件为盲人使用的基于摄像头到触觉传感器的背心,由C.C. Collins于1977年发布,能在背心上将图像转换成1024点,10平方英寸的触觉网络。在消费者方面,惠普于1977年发布一款HP-01代数计算手表。

  19世纪八十年代更通用的可穿戴式计算机得到发展,从特殊任务硬件到更通用设备(如用户可编程)的发展更符合现代对计算机的定义。1981年Steve Mann设计并制作出基于安装6502双肩包的可穿戴多媒体计算机,它具有文本、制图、多媒体和视频(相机和其他摄影系统)。Mann是一位可穿戴式领域早期活跃的研究者,特别是他于1994年创造了嵌入式无线摄像头,这是生命记录( Lifelogging)的第一个例子。1986年Steve Roberts利用机载计算机和弦键盘制造了躺骑车——Winnebiko-II,虽然这不是可穿戴式技术,但这是Steve Roberts在游牧计算上的第一次突破,他可以让你边骑车边打字。

  1989-1999年。1989年反射技术为被称为“私人眼”的头盔式显示器打开了市场,它使用振动镜扫描一个垂直LED阵列来开阔视野。这种显示器导致了一些业余和研究的可穿戴式设备的出现,包括1991年Gerald "Chip" Maguire的IBM/哥伦比亚大学学生电子笔记本, Doug Platt的Hip-PC和卡内基梅隆大学的VuMan 1。学生电子笔记本由私人眼,东芝无磁盘AIX笔记本电脑(原型)和一个基于输入系统和虚拟键盘的触针组成,它用直接序列扩频无线链接提供所有的基于TCP/IP的服务,包括安装文件系统的NFS和X11,运行于安卓环境。Hip-PC包括一个系在腰带上被用作和弦键盘的议程掌上电脑和一个1.44兆字节的软盘驱动器,后续版本添加了一些Park Engineering中的设备,系统于1991年4月16日在The Lap and Palmtop Expo上首次发布。VuMan 1作为卡内基梅隆大学工程设计研究中心一个夏季项目课程的一部分而开发,用于查看房子的蓝图,通过系在腰带上的一个三个按钮单元输入,通过私人眼输出,CPU是0.5MB ROM的8MHz 80188处理器。

  1993年私人眼被用于Thad Starner的可穿戴式设备,它基于 Doug Platt的系统和Park Enterprises的一个工具箱,私人眼从Devon Sean McCullough租借而来,专业和弦键盘由Handykey制造。这个系统的后续迭代版本成为MIT“Tin Lizzy”可穿戴式计算机,Starner成为MIT可穿戴式计算项目的创始人之一。1993年还出现了哥伦布大学的增强现实系统,称为KARMA:基于知识的维护援助增强现实。用户在一只眼上佩戴私人眼显示,就可以看到真实世界的画面效果。KARMA能覆盖任何维修设备的线框电路图和维护说明书。例如,激光印刷机上的图形线框图能解释怎样改变纸托盘,系统利用附着在物理世界对象上的传感器进行定位,整个系统在一台台式机上运行。

  1994年多伦多大学的 Edgar Matias 和 Mike Ruicci推出一个手腕电脑。他们的系统提供了另一种新兴平视显示和可穿戴式弦键盘的方法。系统搭建于改进的HP 95LX掌上电脑和Half-QWERTY单手键盘。由于键盘和显示模块绑定在操作者的前臂上,可结合手腕打字进行文本输入。同样的技术被IBM研究人员用于创造半键盘腰带电脑。同样在1994年,施乐EuroPARC的Mik Lamming 和 Mike Flynn演示了一款名叫Forget-Me-Not的可穿戴式设备,它能记录人和设备的交互并将信息储存在数据库中供以后查询。它通过与房间里的无线发射设备交互来记住谁在那,谁在电话边讲话和房间里有什么物品,用户可以查询如“我在和Mark打电话时谁经过我的办公室”这样的问题。与多伦多大学的系统一样,Forget-Me-Not不基于头盔式显示。

  同样在1994年,为了生产一系列可军用和商用的电脑、无线电话、导航系统和人机交互系统,DARPA启动了Smart Modules Program来开发一种模块化的可穿戴和可携带式计算机。1996年七月DARPA主办了“2005年的可穿戴式设备”研讨会,结合工业、学术和军用愿景致力于是个人计算机具有计算能力。1997年10月,卡内基梅陇大学、MIT和佐治亚理工学院在麻省剑桥联合主办IEEE可穿戴式计算机国际研讨会(ISWC)。研讨会是一个纯粹的学术会议,注册参加的382人来自于应用新传感器和硬件于可穿戴式计算机的专家学者。

  20世纪初。2002年,作为Kevin Warwick的项目Cyborg的一部分,Warwick的妻子Irena佩戴了一条通过植入电极阵列与Warwick的神经系统电子连接的项链。项链的颜色根据Warwick的神经系统信号变红或变蓝。Bruce H Thomas博士和Wayne Piekarshi博士发展了Tinmith可穿戴式计算机系统以支持增强现实。这项工作最早发表于2000年的ISWC会议,由南澳大利亚大学的可穿戴式计算机实验室进行研究。20世纪初的后几年,多家中国公司开始生产手表形式的移动电话,后代产品包括1.8英寸显示的GSM手机i5和i6,和ZGPAX s5安卓手表电话。

  2010年后。近年来IEEE、IETF和一些工业组织(如蓝牙)的一些标准化工作使得多种接口技术如WPAN(无线个人局域网)和WBAN(无线体局域网)得到发展,提供了接口和网络新的设计分类。第六代iPod Nano可以转换成可穿戴式手表计算机。可穿戴式计算的发展现在涵括康复工程、流动干预治疗、生命保护系统和防御可穿戴系统等。索尼正在出售一款叫索尼智能手表的兼容安卓的手表,它是一个附加的远程显示和通知工具,必须与安卓手机配套使用。谷歌眼睛在2013年向一些测试用户开放了他们的光学头盔显示(OHMD),并计划于2014年向消费者开放。谷歌的目标是生产一种畅销的无处不在的计算机,通过自然语言声音指令与网络交互,为用户展现像智能手机一样免提形式的信息。根据苹果注册的商标,传闻苹果正在研发一款叫“iWatch”的智能手表。

  可穿戴计算机产品:

  Google Glass

  2012年6月28日,谷歌通过I/O产品发布会发布了这款穿戴式IT产品。谷歌眼镜结合了声控、导航、照相与视频聊天等功能,预示了未来世界可能的样貌。一块右眼侧上方的微缩显示屏,一个右眼外侧平行放置的720p画质摄像头,一个位于太阳穴上放的触摸板,以及喇叭、麦克风、陀螺仪传感器和可以支撑6小时电力的内置电池。Google在I/O大会上公开了研发多时的Google Glass,一个近似配戴眼镜方式的辅助信息系统。尽管谢尔盖·布林并未更多透露Google Glass的工程细节,但1500美元的2013年预订价格,暗示了Google Glass的试验性质,至少按照目前无线传输和电池系统之间的能耗关系,Google Glass还无法实现很多以往科幻小说中的诸多设想。对于这款眼镜,谷歌方面自然十分重视,公司多次向公众传达这样一个理念:穿戴式计算将成为未来的趋势.谷歌公司创始人谢尔盖?布林称,这副眼镜改变了他的活动方式.他举了一个例子:将自己的儿子用双手反复抛向空中,谷歌眼镜可以拍照并记录这一时刻.布林说:“用智能手机或照相机根本无法做到.”谷歌产品经理史蒂夫?李则表示,打造这款眼镜的目标是提升人们的社交生活,不是炫耀技术.谷歌Project Glass团队主管巴巴卡?帕韦兹称,希望人们能把科技穿在身上――眼睛、耳朵和手.  《纽约时报》的专栏作者尼克?比尔顿,甚至将谷歌眼镜与历史上的印刷机和电影的发明相提并论,认为这一技术将改变世界.他说:“当这项技术成熟,我们就能获得解放.可穿戴计算机将使我们摆脱紧盯4英寸屏幕的生活.我们不再需要无时无刻看着设备,相反,这些可穿戴设备会回过来看着我们.”

  索尼头戴式个人3D影院

  1989年,日本著名漫画家鸟山明在其推出的《龙珠Z》漫画中创造了一种“战斗力侦测器”,这是一种像眼镜一样戴在头上的东西,佩戴者可以通过目测,看出每一个人的战斗力数值。23年后,谷歌公司推出了一款谷歌眼镜。虽然这款眼镜看不出战斗力,但拥有主流智能手机的所有功能,通信、数据业务一应俱全。一百多年来,全球科技发展日新月异,科技产品从想像变为现实的例子比比皆是,而其中能大规模商用的比例并不高。谷歌眼镜会是其中之一吗?值得注意的是,尽管思路完全不同,老牌电子消费企业索尼也有自己的商用化头戴式产品,而苹果公司也在动类似的脑筋。“众星捧月”之下,解放双手的头戴式设备到底离我们有多远?其实一点都不远。

  苹果“眼镜”显示器

  据悉,苹果的穿戴IT设备专利的摘要描述内容显示,该技术将使用一到两台显示器,以将图像投射到用户眼睛当中。通常情况下,此类显示器并不会向用户的外围视线播放图像,而苹果这项专利技术则采取了新方式,使显示器所播放图像不但会进入用户视线中,而且还能够“引导”用户视线。这也意味着苹果这项专利针对的是“淹没式”设备(完全占据用户的视线),而非谷歌智能眼镜的“走动式”设备(可同时看到周围景观)。苹果技术专利还谈到了将两个图像分别投射到用户两只眼睛的技术原理,称此举将有效解决用户戴上设备后引起的不适,并增加图像亮度和扩大视场。

  苹果iwatch

  如今智能的设备已经不局限于手机和平板电脑,由谷歌研发的Google Glass“拓展现实”眼镜让我们眼前一亮,随着科技的进步,人类已经具备了之前很多科幻电影里面才会出现的设备,近期苹果为了叫板谷歌,也推出了一款智能设备,这就是由概念设计师Anders Kjellberg设计的智能手表—iWatch,这款手表内置了iOS系统,并且支持Facetime、WiFi、蓝牙、Airplay等功能,同时最令人惊喜的是,iWatch支持Retina触摸屏,这款手表看似和iPod nano一样,也具备16GB的存储空间,令人兴奋的是iWatch还具备8种个性化的表带,让你尽情挥洒个性。

  发展前景:

  在可穿戴机可预见的未来里,孩子背着书包出门,父母通过孩子随身佩戴的可穿戴机看见他所处的环境,随时与他面对面通话;商店里,面对琳琅满目的商品不知所措的丈夫经由妻子的“远程”参考后买回了满意的商品;年迈的父母无法纵情山水,通过在旅游胜地的儿女的眼睛“看旅游”……虽然可穿戴机可在许多特殊任务领域得到充分利用,但人们更希望它早日进入日常生活。
 

可穿戴计算机
 

  发展难点:

  杨教授说,现在使可穿戴机完全进入生活的技术还不成熟,如可穿戴机要求体积小、轻,但又要求使用时间长,现在一套可穿戴机的重量大约是5公斤,其中一半重量来自电池。在无线电通讯方面,它要求有长距离绕射能力,使电波可以绕过障碍物,同时又要求有快速度和宽频带,这些都是相互矛盾的。软件方面,适用于PC机的WIN98等操作系统对于可穿戴机来说太大了,可穿戴机必须开发自己的嵌入式操作系统,总之,“当人几乎感觉不到它的特殊存在时,可穿戴机就可以和人一起处理日常生活了。”杨教授说。

  许多人认为,可穿戴计算机“无非是一个小的PC机挂在身上”,一些计算机基础研究者对其也不以为然。杨孝宗教授却不这么认为,“它是一个新的概念”。可穿戴机虽然看起来是穿戴在人体上工作,但并不能仅仅理解为将计算机穿在身上,在可穿戴计算工程中有11项关键技术,如无线自组网、System-on-Chip(一个芯片一台机)、无线通讯、嵌入式操作系统等都是当前计算机科学的难关。业内专家也曾宣称:“任何有利于缩小人机隔阂的研究都是有生命力价值的!”正是基于这一点,国内计算机的先锋“青年计算机科技论坛”曾专门以此为论题召开了可穿戴计算机新技术报告会。

  加拿大传媒学家麦克卢汉在上个世纪60年代就提出了“媒介是人的延伸”,今天的可穿戴计算机正在实现着人各个器官的功能,并延长着每一个功能。在穿戴计算机时代,杨孝宗教授认为,“我们要实现的就是,将人围着计算机转转变为计算机围着人转”。

  可穿戴计算机商业化:

  由Xyberbaut、CDI和ViA等公司引导的通用可穿戴式计算机商用化未取得明显成功。Xybernaut试图于IBM和索尼等公司建立联盟大范围推广可穿戴式计算,但是2005年他们的股票退市并申请Capter 11破产保护,公司因为金融丑闻被联邦调查局调查,直到2007年2月取消破产保护。ViA于2001年申请破产随后停止营业。1998年Seiko投资一家相当大的手表计算机公司Ruputer,但回报平平。2001年IBM开发并展示了两个运行于Linux的手表计算机原型,2004年据说售价250美元但仍在开发中。2002年Fossil公司宣布运行于Palm OS的Fossil Wrist PDA,它的发布日期定于2003年夏,但延迟了若干次直到2005年2月5日最终发布。Timex Datalink是另一款实用可穿戴式计算机的例子。Hitachi在2002年发布了一款叫Poma的可穿戴式计算机。Eurotech发布一款手腕穿戴触屏计算机ZYPAD,它具备GPS、Wi-Fi和蓝牙连接功能并能运行一些常见应用[37]。2013年,MIT开发了一款戴在手腕上可控制体温的可穿戴式计算设备。

  可穿戴式计算机的吸引力和疲软的市场接受度导致松下电脑公司在这一市场的失败。松下有超过10年的移动计算Toughbook生产线经验,并对便携的、可穿戴的计算产品展开了市场调查。2002年松下宣布一款配备手持或戴在手臂触摸屏的可穿戴式砖块式计算机。计算机能于屏幕无线交互,同时计算机能与因特网或其他网络交互。这款可穿戴式计算机于2005年低调投入市场,但是屏幕升级为用于扶手带的轻薄触摸屏。(“Brick"计算机即CF-07 Toughbook,双电池,屏幕用同样的电池,800*600分辨率,可选GPS和WWAN。有一个M-PCI扩展槽和一个PCMCIA扩展槽。CPU是600mHz奔腾3处理器,300mHz时钟,因而能被动降温,尽管没有风扇。微软的dim ram是可升级的,屏幕能无线地用于其它计算机。)

  谷歌已经宣布他们正在开发一款基于头盔式显示的叫做谷歌眼镜的可穿戴增强现实设备。它目前可被一些特定的开发者使用并与2013年末向公众开放购买。

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