IoT服裝面料:下一代穿戴式裝置

作者 : John Koon,EE Times Europe特約作者

設計IoT面料並擴大其生產規模面臨巨大困難,但它的價值也顯而易見——將物聯網的強大力量帶入我們的日常生活中。這種技術有著無限多種可能的應用,想像可能受限,但其潛能無限...

穿戴式電子產品如今已越來越流行了,如Apple Watch、Fitbit以及其他生命徵象監測儀。與此同時也出現了另一種創新產品,即內建電子元件和感測器的物聯網(IoT)服裝面料。這些面料可用於製作監測生命徵象的服裝。那麼,這種創新會帶來哪些機會與挑戰呢? 為什麼需要穿戴式裝置? 隨著物聯網的爆炸性成長,穿戴式裝置的應用前景十分誘人,因而成為最新的物聯網前沿產品(1)。穿戴式裝置的優勢在於其便利性、易用性和即時的服務。但是,除了當前的既有應用,如果還想進一步拓展穿戴式裝置的其他應用,仍面臨著艱巨的設計與開發挑戰。

1:隨著物聯網的爆炸性成長,穿戴式裝置的應用前景誘人。

傳統的健康照護穿戴裝置:AppleFitbit 穿戴式IoT裝置主要包括四種類型:健康、娛樂、追蹤、在地化以及安全性。目前,蘋果(Apple)和Fitbit等公司提供了休閒娛樂型穿戴式裝置,可用於協助使用者監測自己的體重和運動量。醫療級穿戴式裝置能讓醫師遠端監測患者的健康狀況,這屬於第一類。實際上,穿戴式裝置可以實現更多的功能,例如為老年人提供緊急照護、監控嬰兒,或在臨床試驗期間協助收集資料。 新型穿戴式裝置 較隱密且更舒適 新型穿戴式裝置將為使用者提供更多的選擇,不僅能像腕錶那樣戴著,還可以嵌入到戒指、手鐲、皮帶和眼鏡等其他配件中,對於那些不願展露其穿戴式裝置的使用者來說,這樣的穿戴方式更具隱藏性。 在服裝面料中嵌入感測器 嵌入IoT感測器最不易被察覺的方式是將它們嵌入襯衫、褲子、襪子或鞋子的面料中。能夠折疊拉伸的彈性服裝中可以嵌入收集資料的電子元件。當皮膚或汗液接觸到面料即可產生資料,其中可能包含穿戴者的心率、血壓、血糖值、血氧濃度、體溫和活動量等。例如,醫療技術新創公司Rhaeos最近開發了一種穿戴式裝置,用於對腦積水患者進行無創監測。此外,穿戴式裝置還可用於監測、追蹤和保護消費者家人。 嬰兒猝死症是很多新手父母的噩夢,它是一種比較罕見但十分嚴重的情況,尤其是原因仍然未知。大多數(即使不是全部)的父母都會半夜起床檢查新生兒的呼吸,這讓他們疲憊不堪且睡眠不足。相較於傳統的嬰兒監護儀,讓嬰兒穿上由IoT面料製成的衣服,透過應用程式(APP)來追蹤嬰兒的呼吸,可以讓父母放心並得到更好的睡眠(2)。這種APP會在嬰兒出現呼吸異常或呼吸停止時提醒父母。總部位於美國紐約的新創公司Nanit已經為新生兒和疲憊不堪的父母開發了這種穿戴式面料。 IoT面料還可用於追蹤老人、醫院患者和兒童。面料中的GPS追蹤器可以發送警示,例如,當老人癡呆症患者迷路或青少年未在預期時間到達目的地時,就會發出警示。這種穿戴式裝置還可以用於高風險環境,例如建築工地或登山探險,在這些環境中掌握每個人的行蹤至關重要。 [caption id="attachment_21484" align="aligncenter" width="800"] 2:讓嬰兒穿上由IoT面料製成的衣服,透過App監控嬰兒呼吸,可望讓父母安心入睡。[/caption] 用IoT面料製成的服裝與人體接觸點很多,因此與其他類型的穿戴式裝置相較,也可以提供更多功能。例如,IoT襯衫不僅可以監測用戶的心律和活動量,還可以獲取血氧濃度和血糖值等資料。 有了這樣的產品,就可以對使用者進行更全面的監測,而且也可能更準確。 設計挑戰 開發新興產品無疑地令人興奮,但同時也充滿挑戰。除了靈活且易於使用的人機介面外,IoT面料還必須耐用、準確,而且能夠進行能量的自我補給。 耐用性:震動、碰撞、日常磨損且可機洗 用IoT面料製成的襯衫一旦穿在人們身上,那麼這件襯衫(或其他任何IoT服裝)將會跟這個人一起經歷每天的震動、碰撞和磨損。 因此,IoT面料必須很強韌,才能保持完好無損且功能正常,特別是它還可以用洗衣機清洗。通常,為了加強一個IoT裝置的耐用性,需要在其周圍添加保護材料,但是目前尚不清楚如何才能在日常使用中保護IoT面料,使其靈活性或穿戴性不受影響。 準確性:如何確保IoT面料在收集資料時與患者始終穩定接觸 IoT面料的磨損可能影響其收集資料的準確性。嵌入更多或不同類型的感測器有助於確保資料的準確性。採用多個不同的感測器,就可以支援不同類型的資料,並將這些資料結合起來。 使用多個感測器還可以延長產品壽命,即使一個或幾個感測器故障了,也可以繼續進行資料收集和分析。但是,在面料中嵌入多個感測器將會增加設計成本以及複雜性。 資料收集:感測器必須很小 IoT面料面臨的另一項挑戰是如何嵌入多個感測器而不影響面料的質地。感測器小型化是讓穿戴者不會明顯察覺到感測器存在的一種途徑。但是,感測器還是需要連續不斷地收集和傳輸資料。如何在性能和外形尺寸之間取得平衡,這是開發中遇到的瓶頸。 能量來源:太陽能、人體熱量採集、運動 最後,IoT面料的所有功能都需要穩定的供電。IoT面料與其他IoT裝置面臨相同的問題,即如何在保持高性能的同時盡可能有效地減少能源消耗。使用具有睡眠模式的低功耗微控制器(MCU)單元可能是一種節省能耗的好方法。另一方面,如果能夠持續獲得能量而不必更換過期電池,也有助於提高能效。 更多的研究聚焦於如何從人體的熱量、運動或震動中採集能量。但是,從環境中採集能量並將能量提供給面料中的IoT系統,這個功能也將會增加設計、開發和生產的複雜性。 前景可期 隨著全球老齡化問題加劇,對於新型穿戴式技術的需求越來越緊迫。就像藍牙裝置飾品應用於珠寶領域一樣,穿戴式裝置也可能影響時尚業的服裝領域。   3:就像藍牙裝飾品應用於珠寶領域一樣,穿戴式裝置也可能影響著時尚業的服裝領域。 設計IoT面料並擴大其生產規模面臨巨大困難,但它的價值也顯而易見——IoT面料可以將物聯網的強大力量帶入我們的日常生活中。這種技術有著無限多種可能的應用,想像可能受限,但其潛能無限。 (參考原文:IoT Clothing: The Next Generation of Wearables,by John Koon) 本文同步刊登於EDN Taiwan 2021年5月號雜誌

發表評論