感測技術對穿戴式裝置發展的影響
穿戴式裝置的主要應用,除了作為智慧手機的「第二螢幕」,提供訊息通知或通訊等功能外,身心自我量測更是主要的應用功能。如何善用既有的感測技術,也因此成為穿戴式裝置的重要發展方向。
目前穿戴式裝置常用的感測技術,主要是MEMS運動感測器、使用者介面感測器、生理健康感測器以及環境感測器,其中運動感測器是穿戴式裝置感測器中最常見的,包括陀螺儀(Gyroscope)感測水平改變、三軸重力加速器(3-axis Accelerometer)感測動作、走路或姿勢的變化、計步器(Pedometer)計算步數,全球定位系統(GPS)感測所在地理位置。
使用者介面MEMS感測器,則包括MEMS麥克風、距離感測器以及MEMS顯示器,至於生理健康感測器則是量測脈搏、血氧、水合作用以及皮膚溫度的感測器,環境感測器包括濕度、環境溫度以及紫外線感測元件。
前述的感測技術應用於穿戴式裝置,主要是用在運動、健身、減肥及睡眠品質等生理的量測應用。未來還有可能加入體溫、脈搏血氧濃度、心率、心電圖、酒精濃度量測、血壓、血糖等生理感測器,以便隨時隨地量測及追蹤使用者的健康狀態。
感測需求愈來愈多 系統單晶片整合技術重要性日增
但愈來愈多的感測需求,也對穿戴式裝置設計形成巨大壓力,低成本、低功耗的系統單晶片完整解決方案,也因此成為眾所矚目的焦點。如神念科技推出的心電感測系統單晶片(SoC),就整合了先進的低噪音類比前端放大電路、16位元高精確類比數位轉換器以及高效能的數位訊號處理器,可以精準採集從uV到mV的心電訊號。
此外,該晶片還內建了高通濾波器、低通濾波器以及50Hz與60Hz的陷頻濾波器。除了抗高頻雜訊,也內建有直流漂移消除濾波器,可以進一步消除因為輸入端阻抗不匹配所產生的直流飄移,不需要額外整合一些被動元件或是處理器,就能快速輸出心跳以及準確的初始心電訊號。
工研院生醫所林楨喨博士的團隊,則是利用自行開發的電路模組與演算法,結合三導程心電圖、反射式血氧量測系統、以及高分子壓電電子聽診器,設計成穿戴式生理監測裝置,除了能直接測量出心電、血氧、心音與心跳,也可利用血氧和心電圖來估算血壓趨勢。
過去的血壓計,雖也有手腕式的設計方式,然而氣壓加壓的方式,並不適合應用於穿戴式裝置,而用血氧值和心電圖來估計,就能實現穿戴式血壓監測的目標。
生理感測技術對穿戴裝置發展影響深遠
根據研究機構HIS統計,應用在穿戴式裝置的感測器元件出貨量,在2013年僅為6,700萬顆,去年則約在8,500萬顆左右,不過預估2015年則可望倍增至1.75億顆,而到2019年,更可望到達4.66億顆的規模。換言之,應用在穿戴式裝置的感測器元件出貨量,在短短6年內市場規模可望暴增7倍之多。
相較於智慧型手機或平板,穿戴式裝置顯然更適合行動醫療照護,使用者可以更方便的掌握各種即時的基礎生理資訊,包括血壓、心跳、脈搏等,再透過各種無線通訊協定,如藍牙、Zigbee等,即可與家中的網路閘道器串聯,將相關資訊儲存至網路後端的資料庫,或是傳送至醫療院所,完成初步的生理資訊監測,尤其在老年化社會日趨明顯的國家,具有生理感測能力的穿戴裝置,發展前景更受期待。