說(shuō)到可穿戴技術(shù)，我們想起的往往是手表之類(lèi)的設(shè)備。但其實(shí)還有許多其他技術(shù)設(shè)備屬于“可穿戴”類(lèi)別。

過(guò)去，人們使用技術(shù)來(lái)保護(hù)身體，增強(qiáng)感知能力，克服自身缺點(diǎn)?，F(xiàn)在，新推出的設(shè)備正在擴(kuò)大人類(lèi)機(jī)能增進(jìn)和健康改善的范圍。最近的一系列可穿戴技術(shù)涉及到了健康保持和信息獲取問(wèn)題；而在未來(lái)，這些技術(shù)將超越單純的醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)，走向人類(lèi)機(jī)能增進(jìn)。
我們來(lái)簡(jiǎn)單回顧一下可穿戴設(shè)備的早期發(fā)展歷程。

最早的可穿戴設(shè)備

雖然今天的許多可穿戴設(shè)備以手表、戒指、吊墜、腕帶和植入物的形式追求時(shí)尚和舒適，但早期的版本（非常非常古老的那種）并沒(méi)有將舒適和便利作為可穿戴技術(shù)的首要考慮因素。多年前，士兵的頭盔被認(rèn)為是一種高科技設(shè)備，因?yàn)樗軒椭勘彌_頭部撞擊，避免失去行動(dòng)能力。甚至眼鏡也曾是多個(gè)時(shí)代的可穿戴設(shè)備，能幫助提高人的學(xué)習(xí)能力并為社會(huì)做出貢獻(xiàn)。

雖然盔甲和眼鏡屬于被動(dòng)可穿戴技術(shù)，但這些機(jī)械化的可穿戴設(shè)備也推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步。17世紀(jì)，隨著懷表的誕生，機(jī)械化可穿戴技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為工業(yè)界和普通人提供了方便而準(zhǔn)確的時(shí)間測(cè)量。這對(duì)于時(shí)間安排和工業(yè)制造至今仍很重要。從冶煉金屬到烤面包，任何工藝都可以更精確地進(jìn)行改進(jìn)。手表的用途更加廣泛，但現(xiàn)代技術(shù)立足于這些進(jìn)步，將可穿戴技術(shù)又提升到了新的水平。

我們來(lái)看看目前已經(jīng)到了什么樣的水平。

今天的可穿戴設(shè)備

與靜態(tài)的盔甲或機(jī)械化技術(shù)不同，今天的可穿戴設(shè)備是電子的。由于微處理器和傳感器等元器件的廣泛普及以及低成本的制造，現(xiàn)在越來(lái)越多的人可以用相對(duì)較低的成本輕松享受這些設(shè)備的好處。

這些可穿戴設(shè)備有許多都用于醫(yī)療和健身，還有一些具有信息技術(shù)和通信功能。這兩種用途目前在市場(chǎng)上都很活躍，曾經(jīng)的機(jī)械化手表采用了現(xiàn)代的顯示屏和觸摸屏也變得更加美觀。

那些領(lǐng)先電子廠商所制造的手表提供易于讀取且可定制的時(shí)間、日期、日歷提醒、消息提醒以及音頻和視頻顯示。隨著技術(shù)的進(jìn)步，可穿戴設(shè)備將對(duì)我們與機(jī)器的互動(dòng)方式產(chǎn)生重大影響。但是，對(duì)于大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，健康仍然是驅(qū)動(dòng)因素。

醫(yī)療與健身監(jiān)測(cè)

加速度計(jì)的進(jìn)步是推動(dòng)醫(yī)療和健身監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)展的主要因素。除了在計(jì)步器中用于跟蹤步數(shù)，加速度計(jì)還被用于手表、腕帶、吊墜、戒指以及我們今天所能想到的任何其他可穿戴設(shè)備。

雖然戒指在傳統(tǒng)上沒(méi)有手表和腕帶那么多功能，但無(wú)線通信使得它們能夠監(jiān)測(cè)血流灌注指數(shù)（血液循環(huán)情況）、心率、心率變異性、睡眠時(shí)間和睡眠狀況、血氧水平，甚至壓力（圖1）。
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1).集成了加速度計(jì)之后，它們還可以用作計(jì)步器。

圖1：雖然手表和腕帶用于可穿戴技術(shù)最多，但戒指現(xiàn)在也越來(lái)越受歡迎，特別是顯示技術(shù)使其信息更容易獲取。（圖源：P.S/stock.adobe.com）

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計(jì)步器雖然可以很好地指示運(yùn)動(dòng)情況，但在運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度和消耗的卡路里方面并不準(zhǔn)確。計(jì)步器會(huì)計(jì)算步數(shù)，但不會(huì)將在平坦表面上行走或慢跑與上樓、爬山和爬坡區(qū)分開(kāi)來(lái)。使用GPS技術(shù)可以克服這個(gè)精度問(wèn)題，但現(xiàn)代GPS的精度仍不足以可靠地檢測(cè)海拔高度。

智能手表和健身腕帶的使用最為廣泛。健身腕帶沒(méi)有顯示屏或顯示內(nèi)容有限，主要計(jì)算步數(shù)、跟蹤消耗的卡路里、測(cè)量睡眠模式以及心率、血壓和皮膚電阻（汗液、壓力和運(yùn)動(dòng)水平）。不過(guò)這些可穿戴設(shè)備對(duì)睡眠也有一定的好處。

睡眠模式是許多人最重要的監(jiān)測(cè)功能，尤其是那些患有睡眠呼吸暫停癥的人。睡眠呼吸暫停與心臟病和健康狀況下降有關(guān)，人們首次可以在沒(méi)有昂貴且不方便的睡眠研究設(shè)施的情況下監(jiān)測(cè)和跟蹤睡眠模式。睡眠監(jiān)測(cè)對(duì)嬰幼兒來(lái)說(shuō)也很重要，因?yàn)榭膳宕鞯氖滞笤O(shè)備可以檢測(cè)嬰兒是否停止呼吸。使用這項(xiàng)技術(shù)可以消除嬰兒猝死綜合癥 (SIDS) 。

基于加速度計(jì)的健身追蹤器的另一個(gè)實(shí)用功能是測(cè)量某人何時(shí)摔倒以及是否摔倒。這對(duì)老年人和老齡化人口來(lái)說(shuō)尤為重要。雖然跌倒后可以激活的老式無(wú)線按鈕挽救了許多人的生命，但如果人失去知覺(jué)，這些按鈕將不會(huì)提醒任何人。而手表、吊墜、戒指甚至口袋可穿戴設(shè)備之間的無(wú)線通信卻可以在人摔倒時(shí)提醒其緊急聯(lián)系人。同樣的技術(shù)也可以用來(lái)檢測(cè)是否有人發(fā)生了車(chē)禍。

與此相關(guān)的是追蹤患有阿爾茨海默氏癥或其他形式癡呆癥的流浪患者的能力。通過(guò)記錄輔助生活設(shè)施等建筑物內(nèi)的活動(dòng)情況，當(dāng)有精神障礙的人出現(xiàn)在了他們不應(yīng)該出現(xiàn)的地方，或者至少無(wú)人照看時(shí)，就可以提醒工作人員。當(dāng)一個(gè)精神障礙者走進(jìn)樓梯間時(shí)，該功能尤為重要，因?yàn)闃翘蓍g不像其他走廊或過(guò)道那樣經(jīng)常有人走過(guò)。

雖然比20至100美元的可穿戴設(shè)備更貴，但更復(fù)雜的醫(yī)療設(shè)備也有助于挽救和延長(zhǎng)生命?？纱┐麽t(yī)療設(shè)備已被用于檢測(cè)和記錄心臟事件，而不僅僅是監(jiān)測(cè)心率。這些心臟事件通常不會(huì)發(fā)生在醫(yī)生的辦公室，而且由于無(wú)法獲得準(zhǔn)確的心電圖波形，它們常常會(huì)被忽略，無(wú)法得到及時(shí)診治。但是現(xiàn)在，通過(guò)無(wú)線訪問(wèn)全球網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程醫(yī)生，甚至基于云的服務(wù)，這些設(shè)備可以定期甚至實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)，以提醒此類(lèi)事件正在發(fā)生。

貼片也可以視為可穿戴醫(yī)療技術(shù)。雖然在大多數(shù)情況下，貼片只是以預(yù)定的速度給藥，但嵌入貼片中的有源電子設(shè)備通過(guò)皮膚監(jiān)測(cè)生理狀況，可以控制止痛藥等藥物的釋放。

可穿戴電刺激技術(shù)也已經(jīng)使用了多年。對(duì)于這種技術(shù)，“即剝即貼”的一次性電極可以附著在肌肉和疼痛部位。輕微的周期性表面電擊可以克服更深層次的內(nèi)部疼痛機(jī)制，緩解癥狀。

下一個(gè)大浪潮將是植入式傳感器。植入式技術(shù)與智能貼片、可佩戴手表、戒指、吊墜和腕帶相結(jié)合，可以根據(jù)需要更準(zhǔn)確地給藥。植入式傳感器可以與有源貼片通信，后者按照命令精確釋放藥量。更重要的是，更換貼片要比重新安裝植入式胰島素泵容易得多。

硬膜下植入式可穿戴技術(shù)

大多數(shù)人認(rèn)為醫(yī)用植入物是一種更具未來(lái)感的技術(shù)，但其實(shí)醫(yī)用植入式設(shè)備已經(jīng)存在了幾十年。1958年植入了第一個(gè)起搏器，自那以后，植入技術(shù)穩(wěn)步提升，包括可以重新激活心臟的除顫器。

與可穿戴傳感器一樣，植入式傳感器的受歡迎程度也在穩(wěn)步上升。現(xiàn)代植入式傳感器可以監(jiān)測(cè)血糖水平、組織和骨骼再生、高血壓、心律失常、神經(jīng)刺激（如人工耳蝸和人工晶狀體），甚至可以根據(jù)需要釋放胰島素、宮內(nèi)避孕藥和其他藥物。

雖然胰島素泵和起搏器等設(shè)備是通過(guò)手術(shù)植入的，但新技術(shù)使注射型醫(yī)療植入式設(shè)備也成為了可能。注射型傳感器可以在體外進(jìn)行無(wú)線通信。一種名為量子點(diǎn) (Quantum Dots) 的技術(shù)甚至可以存儲(chǔ)個(gè)人醫(yī)療信息。

這些注射型傳感器的一個(gè)巨大市場(chǎng)是監(jiān)測(cè)假肢設(shè)備，以改善功能性肌電控制。隨著膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和其他替代關(guān)節(jié)的普及，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)假肢預(yù)計(jì)會(huì)逐步增長(zhǎng)（圖2）。反饋傳感器檢測(cè)關(guān)節(jié)角度、皮膚接觸壓力和組織應(yīng)變。隨著有線星形拓?fù)涞闹鸩教蕴?，多點(diǎn)拓?fù)湔蔀檫@方面的主流技術(shù)。本書(shū)深入研究了仿生學(xué)，它可以增強(qiáng)人類(lèi)的正常力量和本能反應(yīng)。

圖2：植入式傳感器可以幫助使用假肢進(jìn)行控制和感覺(jué)反饋。（圖源：Gorodenkoff/stock.adobe.com）

植入式荷爾蒙和大腦化學(xué)傳感器也已經(jīng)出現(xiàn)，以幫助患有精神疾病的人繼續(xù)服藥。那些停藥的人可能會(huì)變得更加容易激動(dòng)且有暴力傾向。自動(dòng)給藥可以減少精神不穩(wěn)定的人數(shù)。

植入物也被用于非醫(yī)療應(yīng)用。例如，人們一直在皮膚下植入RFID技術(shù)。與第二代一樣，RFID技術(shù)完全可以利用外部讀取器提供的射頻能量進(jìn)行運(yùn)作，從而實(shí)現(xiàn)醫(yī)療警報(bào)信息的非易失性存儲(chǔ)，甚至還可以用于汽車(chē)和房子的開(kāi)鎖。

大腦植入物克服缺陷

大腦植入物，也稱(chēng)為神經(jīng)植入物，直接連接到大腦和其他神經(jīng)細(xì)胞，可用于各種應(yīng)用（圖3）。其中有一些是有益的，比如緩解帕金森氏癥或刺激迷走神經(jīng)以幫助控制消化和心率。

圖3：大腦植入物已經(jīng)放入，可以監(jiān)測(cè)神經(jīng)放電，刺激神經(jīng)，并直接向大腦提供感覺(jué)信息。（圖源：ktsdesign/stock.adobe.com）

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有多種類(lèi)型的醫(yī)療植入物已經(jīng)幫助了無(wú)數(shù)聽(tīng)力或視力受損人士。甚至有集成電路技術(shù)被成功植入的案例，使那些色盲的人能夠看到和區(qū)分顏色。

使用這些類(lèi)型的植入物還可以擴(kuò)大人類(lèi)感官的能力范圍。例如，現(xiàn)在可以將視線擴(kuò)展到紅外和紫外光譜。聽(tīng)力植入物還可以擴(kuò)大聽(tīng)力范圍，并應(yīng)用特定的濾波器，讓植入者能夠聽(tīng)到普通人聽(tīng)不到的聲音。這也可以通過(guò)佩戴助聽(tīng)器來(lái)完成。

最近，更復(fù)雜的植入物已經(jīng)證明了使用計(jì)算機(jī)和通過(guò)腦電波解碼合成文本的能力。這些技術(shù)可以改變?nèi)藗兊纳?，因?yàn)榭梢允褂盟季S模式控制機(jī)動(dòng)假肢和關(guān)節(jié)，讓截肢者過(guò)上更傳統(tǒng)、無(wú)需他人幫助的生活。

而且，隨著可以學(xué)習(xí)復(fù)雜大腦放電模式的可植入AI處理器的出現(xiàn)，通過(guò)想象形狀和顏色，可以與假肢和仿生肢體進(jìn)行通信。例如，想象一個(gè)黃色三角形可以命令假肢移動(dòng)。

結(jié)語(yǔ)

在不到60年的時(shí)間里，我們已經(jīng)從通過(guò)大型手術(shù)放置發(fā)展到通過(guò)植入和注射可穿戴設(shè)備來(lái)進(jìn)行醫(yī)療監(jiān)測(cè)和管理。這些創(chuàng)新不僅挽救和延長(zhǎng)了生命，而且提高了生活質(zhì)量，使護(hù)理人員和醫(yī)生能夠以更低的成本照顧更多的人。

集成電路尺寸的縮小，再加上更低功率的半導(dǎo)體技術(shù)，使得人們可以佩戴和植入更復(fù)雜、更安全的技術(shù)。雖然我們沒(méi)有把衣服作為可穿戴技術(shù)來(lái)討論，但衣服也可以佩戴一些設(shè)備，同時(shí)這也帶來(lái)了其他挑戰(zhàn)，比如在洗滌和烘干時(shí)如何不受影響。

展望未來(lái)，預(yù)計(jì)會(huì)看到更多有源的可穿戴和可注射設(shè)備。智能貼片將簡(jiǎn)化藥物的自動(dòng)釋放，尤其是與植入式傳感器相結(jié)合時(shí)。隨著化學(xué)傳感器的發(fā)展，克服精神疾病甚至可以幫助那些實(shí)施暴力行為的人遏制其暴力傾向。再結(jié)合RFID進(jìn)行識(shí)別和驗(yàn)證，也許我們還可以遏制身份盜竊。我們討論了可穿戴設(shè)備在醫(yī)療方面的很多益處，但一旦我們成為機(jī)器的一部分，可能性將是無(wú)窮無(wú)盡的。
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