可穿戴計(jì)算機(jī)硬件研究現(xiàn)狀

（黑龍江省市場主體信息監(jiān)測中心，黑龍江 哈爾濱 150000）

從可穿戴計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，早期的可穿戴計(jì)算機(jī)基本采用PC 開放構(gòu)架，用 COTS 器件或是定制主板電路，形成一種精簡 PC 形式的集中主機(jī)模式。隨著研究的深入，MIT 等大學(xué)提出了分布主機(jī)的硬件體系，采用的體系機(jī)構(gòu)也從PC 構(gòu)架拓展到以微控制器為基礎(chǔ)的非 PC 構(gòu)架，提出了“身體總線”和“身體網(wǎng)絡(luò)”等概念和技術(shù)，這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可穿戴計(jì)算機(jī)更適合構(gòu)建以衣物為支撐的結(jié)構(gòu)。

一、專用的主板

可穿戴式計(jì)算機(jī)要求超微型、超輕型、結(jié)構(gòu)緊湊的主板。目前可以為可穿戴計(jì)算機(jī)所用的主板主要是嵌入式系統(tǒng)部件，如 PC/104。但是對大部分的可穿戴式計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)來說，嵌入式的硬件設(shè)備在體積和重量方面還是不能很好的滿足要求，特別是在計(jì)算能力和低功耗方面尤其不足。另外，無主板結(jié)構(gòu)是可穿戴式計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展方向之一，這是迅速減少穿戴機(jī)尺寸的有效方法。無主板結(jié)構(gòu)將各個(gè)器件直接用總線連接,最終目標(biāo)是取消各種接插件（Connector）。

二、超微型、超輕型硬盤

硬盤的超微型、超輕型化是減少可穿戴式計(jì)算機(jī)體積及重量的關(guān)鍵因素之一。IBM 已推出的 Compact Flash 形式的微型硬盤，其體積在 50 X 50 X 2mm，容量已經(jīng)達(dá)到 2GB，重量不足 100 克。

三、“縫制”工藝

U of T 的 Prof.Mann 及美國軍方研制的基于衣物的可穿戴式計(jì)算機(jī)采用了“縫制” 工藝，將器件、組件、數(shù)據(jù)線、電源線分布并“縫制”在衣物（一種軍用背心）的適當(dāng)部位。這種基于衣物可穿戴計(jì)算機(jī)可稱為Smart Clothing（聰明衣服）。

四、可洗編織組件及電路

穿戴舒適、方便、實(shí)用的可穿戴計(jì)算機(jī)應(yīng)是采用令人穿戴舒適的柔軟材料編織和縫制而成的，最好是可洗的，這種用于可穿戴計(jì)算機(jī)的編織物也稱為 Smart Fabric（聰明織物），如果 Smart Fabric 是可洗的就稱為可洗計(jì)算（Washable Computing）。Smart Fabric、Smart Clothing 和Washable Computing 的關(guān)鍵技術(shù)有：可洗編織組件和可洗編織電路（不是印制電路）；適合可洗編織的材料、元器件；可洗編織可穿戴計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成原理；傳統(tǒng)的編織縫紉技術(shù)、電子技術(shù)與新型材料相結(jié)合制作可穿戴計(jì)算機(jī)的方法。MIT Media Lab 的 E.Rehmi Post 和 Maggie Orth 對Smart Fabric 的研究已取得了初步可喜的成果。他們采用市場上可買到的普通材料，如用于裝飾衣物的金屬紗線、絕緣紗線和電子元、器件等，編織成用于構(gòu)建可穿戴計(jì)算機(jī)的電子織物。目前已有一種全織物電容式數(shù)字鍵盤在批量生產(chǎn)，它采用了普通刺繡技術(shù)。這種數(shù)字鍵盤柔軟、耐用、觸摸響應(yīng)。對穿戴機(jī)而言，未來柔軟“電路板”將要取代僵硬的印制電路板，而非“電路板”結(jié)構(gòu) 的 Smart Fabric 應(yīng)是主要發(fā)展方向之一。

五、特殊的輸入設(shè)備：

特殊鍵盤和鼠標(biāo)：目前主要有手臂鍵盤，可單手操作，配合軌跡球（Track Ball）使用可以實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)和鍵盤的所有功能；Handikey 公司推出的琴鍵式（Chord）鍵盤鍵盤化掌上鍵盤和鼠標(biāo)的集成輸入設(shè)備 Twiddler，重量只有 4 盎司，可以單手握住操作。語音輸入裝置：這是可穿戴式計(jì)算機(jī)最重要和最有潛力的輸入裝置之一，目前的發(fā)展比較迅速。

六、特殊的輸出設(shè)備

可穿戴計(jì)算機(jī)的輸出裝置主要有 HMD(Head Mounted Display)、語音和觸動裝置等。但目前可穿戴計(jì)算機(jī)的最關(guān)鍵裝置是 HMD，它是實(shí)現(xiàn)可穿戴計(jì)算機(jī)先進(jìn)人-機(jī)交互的基礎(chǔ)。最初 HMD 主要用于全沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。HMD 有很多形式，風(fēng)格各異，如基于普通眼鏡隱蔽式的、基于頭盔的、基于主桿（boom）支架的、外型類似于滑雪護(hù)目鏡的等等，它們的用途和性能各不相同。現(xiàn)在市場上已有一些商品化的 HMD 出售，如 IBM 的 可穿戴計(jì)算機(jī)采用的微型 HMD，重量少于幾盎司；Reflection Technology 公司推出 Private Eye 7 是彩色液晶顯示、VGA 分辨率，是目前值得推薦的 HMD；佳能推出的 GT270 HMD 外型(ⅰ)It may be used while the wearer is in motion（可穿戴計(jì)算機(jī)可在運(yùn)動狀態(tài)下使用）。

DARPA 利用這些技術(shù)開發(fā)了一系列 HMD 產(chǎn)品，如 CVC（戰(zhàn)車手護(hù)目鏡），它采用獨(dú)特的輕型光學(xué)設(shè)計(jì)，將 1280 x 1024 AMEL 顯示器集成在一件標(biāo)準(zhǔn)軍用防風(fēng)沙、陽光護(hù)目鏡中，整個(gè)系統(tǒng)只有 11 盎司；軍用先進(jìn)視覺系統(tǒng)（Army's Advanced Visionics System）采用 DARPA HMD 技術(shù)，達(dá)到了全彩色、1280x1024 pixel 的水平，這個(gè)視覺系統(tǒng)供直升飛機(jī)的飛行員使用；用于軍用飛機(jī)駕駛艙仿真器的第一件全沉浸 HMD；用于軍用和商用飛機(jī)安裝和維護(hù)的頭戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。這個(gè)計(jì)劃現(xiàn)在繼續(xù)支持 AMLCD 和 AMEL 顯示器的開發(fā)，目標(biāo)是：制造 2000 DPI 顯示器，將彩色濾波器應(yīng)用于這類顯示器，將可提供每平方英寸1280 x 1024 的彩色的顯示器；開發(fā)低電壓 AMEL 技術(shù)，使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) CMOS 水平。

結(jié)語

目前，無線技術(shù)的廣泛應(yīng)用也滲入到可穿戴計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)了利用無線連接各個(gè)系統(tǒng)部件的體系結(jié)構(gòu)。針對可穿戴計(jì)算機(jī)的特殊硬件技術(shù)也不斷發(fā)展。