可穿戴设备掀智能技术新浪潮

　　可穿戴式设备正成为电子产品领域的创新亮点，其前景被业界看好，许多实力雄厚的业界巨擘纷纷投入可穿戴式设备的研发，有些产品已经问世，如Google Glass眼镜；还有处在研发阶段就备受瞩目的苹果iWatch，以及凭借此类产品由名不见经传迅速崛起的PebbleWatch智慧手表。

　　特别是在如今产品创新乏善可陈的电子产品市场，可穿戴设备的出现，为业界厂商带来一个新的利润成长机会，各家厂商跃跃欲试，准备开始在这一新兴战场展开厮杀。

　　根据Juniper公司最新发表的研究报告预测，包括智能眼镜和其它头戴式显示器在内的可穿戴运算市场将在未来几年内实现超过15亿美元的市场规模，其驱动力主要来自健身、多功能设备和医疗保健等方面的消费支出。

　　可穿戴设备属于“未来的外形”设计，Juniper表示，像苹果和Google等大厂已经在这个领域做出重大策略行动。

　　随着Nike+和Fibbit Tracker等应用的推出，今年可穿戴设备市场已经达到8亿美元。这些应用让用户在运动健身的同时，透过电脑收集处理其健身数据。

　　上述报告还指出，虽然每年售出的健身和运动设备在数量上较保健护理设备更多，但保健领域的零售价格更高一些。

　　现有可穿戴无线运动用品与无线供应商，如Polar、Garmin、Nike和Adidas等，在2012年期间都进一步扩充其可穿戴无线感测器产品线，同时也有许多新创企业成立，进一步拓展了这类产品收集数据的用途和潜能。

　　生物MEMS发展受益

　　MEMS 感测器在可穿戴设备中扮演重要角色，MEMS感测器市场将获得巨大的成长，并带动生物MEMS获益。根据法国Yole Developpement的调查指出，全球生物MEMS市场规模可望在未来几年内成长三倍，从2012年的19亿美元成长到2018年的66亿美元，移动护理应用将对这种成长做出巨大的贡献。

　　微系统设备有4大保健护理应用市场，分别是制药、体外诊断、医疗设备和医疗家庭护理。在Yole公司发表的题为“BioMEMS 2013”的最新报告中，Yole认为每个市场都有相对应的企业、发展动态和市场驱动力。

生命科学领域的生物MEMS及微系统市场

　　MEMS 感测器供应商也致力于发展可穿戴设备市场，为此类产品提供技术支持。例如意法半导体（STMicroemectronics）为Preventice公司开发的最新BodyGuardian遥控监视系统，能提供可穿戴身体感测器技术。这种系统适用于非住院病人、非致命性心率失调疾病的侦测和监控。

　　这种感测器可收集许多重要的数据，包括病人的心电图、心率、呼吸速率和活动量，并透过移动动电话技术把这些数据发送给医师，使他们能在iPad或可移动设备上监控病人。BodyGuardian RMS中的可穿戴身体感测器采用了意法半导体公司的许多硬件和软件技术，包括复杂的MEMS、低功耗STM32微控制器、类比元件以及先进的专有演算法。

　　远端病人照护系统降低了病人支出并改变了护理方式，这促进了无线监护应用的快速成长，而且这种成长还可望持续到未来几年。

　　另外，Xsens公司也开始涉足这一领域。Xsens是3D运动追踪技术和产品公司，并与意法半导体公司合作开发首款可穿戴的无线3D运动追踪系统。这种系统采用消费级MEMS组合感测器，并在德国慕尼黑举行的Electronica 2012上进行展示。

　　Xsens制作的上述展示产品整合了Xsens公司获得专利的感测器融合演算法和无线协议，以及意法半导体公司的iNEMO-M1，后者是一种9轴智能感测系统，整合了意法半导体的iNEMO MEMS运动组合感测器和STM32微处理器。

　　Xsens 的产品采用意法半导体的运动MEMS技术，显示其灵活运用原本为运动科学和电影产业专业市场（B2B）开发IP的策略。该公司已经为许多好莱坞电影（如爱丽丝梦游仙境、钢铁人2和X战警）提供了运动撷取技术，目前这种技术还延伸到消费电子领域中的合作伙伴，协助他们制作独特的下一代3D运动追踪的用户体验和解决方案。

　　“利用运动MEMS在游戏系统、智能手机和平板电脑中增加扩增实境（AR）功能以取得巨大成功之后，现在是鼓励和引导新兴应用的时候了。”意法半导体公司类比、MEMS和感测器部门执行副总裁兼总经理Benedetto Vigna指出，“Xsens的独特3D运动追踪技术可协助客户创新，并为其运动、健身、保健护理和游戏用户提供新的解决方案。”

　　可穿戴无线3D身体运动追踪技术将在云端连接的可穿戴式运动、健身、保健护理和用于智慧手机的游戏感测器配件领域带来新一波创新浪潮。

　　可挠性电路促进可穿戴设备发展

　　除了感测技术以外，可挠性电路对于可穿戴设备的发展也具有重要作用。 IBM推出了一种在可挠性塑胶基板上制造硅基电路的最新低成本技术。虽然IBM坦承这种制程目前还存在一些电晶体性能衰减的问题，但根据其研究报告认为，IBM已能在室温下利用传统制程制造出价格合理的可挠性电路。

　　这种方法与可挠性电路的其它一维和二维材料相较，“其它材料在低阻触点、可靠的闸极电介质方面仍存在许多问题。”IBM公司T.J. Watson研究中心研究助理员Davood Shhrjerdi表示。其它方法也可能采用非传统制程或材料，或者在制造过程中要求高温步骤。

IBM的设计方法示意图

　　IBM的方法是受控剥落或片状剥落，在今年稍早这种方法被描述为硅、锗和111V层的‘无切口’去除法。因此IBM正使用这种技术实现低功耗的光电产品。

　　这种方法极其简单─只要元件基本断裂并且硅基板被剥离之后，元件就可以传送给可挠性塑胶基频。元件的闸极长度不到30nm，闸极间距为100nm。

　　据IBM透露，该公司生产的功能性SRAM单元的VDD低至0.6V，而且其环形振荡器在0.9V时的一级延迟仅为16ps，据称这是已知可挠性电路所能实现的最佳值。

　　具体制程是这样的：IBM先做出一个基板来，这种基板是特别薄的SOI-ETSOI。然后在这种基板上沈积一层镍应力层，厚度大约为5至6um。（ETSOI元件是使用22nm CMOS制程在300mm晶圆上制造出来的。）

　　IBM接着再在应力层上使用一层可挠性聚亚胺带层。随后研究人员于室温环境下在一边产生一个‘应力中断’，并以‘机械可受控的’方式将前破裂面沿表面传播，Shahrjerdi表示。

　　IBM表示使用ETSOI有两个理由。首先，它的特性中包含一个超薄体（60埃），允许30nm以下的通道调整，“因此能获得很高的组装密度”，Shahrjerdi指出。第二个特性是非渗杂通道，能够减少可变性。这种特性允许在晶片上实现灵活的电压调整，他补充道。

　　用于灵敏感知的新材料

　　可穿戴式设备因其特殊性，在许多方面的要求往往有别于一般设备的特殊技术，如一项为期三年半且得到EPSRC ICASE奖资助的博士研究计划，主要研究可穿戴技术的需求领域和应用方式，它以一种高度创新的方式将这个产业和学术的专业技术集中在一起。

　　Peratech公司执行长David Lussey表示，“我们的QTC材料在许多年前就用来提供衣服中的开关，因此我们知道它能承受恶劣的磨损和洗涮环境。这个计划整合了技术、设计和用户需求，能够帮助人们充分了解可穿戴技术这个成长中领域的发展道路。”

　　QTC技术的核心是：当被施加一个力（如压力）时，QTC材料会改变其电阻。将QTC墨水印刷到纺织品上形成简单的通/断开关，但更让人感兴趣的是，因为阻值变化正比于力的大小，所以衣服的一些地方可以变得具有触控感应性，或者可以把它做成可识别的压力输入面。

衣服中的感測器可监测疾病信号，并能在穿戴者处于危险化学成分环境下发出警告

　　“市场上已经有可提供电脑显示器的眼镜了，”David Lussey解释说，“但它们缺少一种输入并与之交互的简单方式。利用我们的技术，你可以将键盘印刷到衣袖上，或印刷到手套的背面，并透过蓝牙与眼镜连接起来。或者将一个方块触控感应的QTC材料作为触控板，用于回应人们在智能手机和平板电脑上已非常熟悉的捏、伸、拂等多点触控手势输入。

　　可穿戴设备目前正成为业界的热门话题，围绕这项产品的各种材料和技术正紧锣密鼓的研发中，从它作为一个新的产品创新与获利的观点来看，这种可穿载式的设备预计将在不久后为如今的电子产业格局带来新一波的变化。