可穿戴式人工智能產品在現(xiàn)代體育教育中的應用

石磊 汪一鳴 胡浩 王惠敏 彭習濤

本文為陜西省重點研發(fā)計劃項目之一 （No.2017GY-006）;之二（No.2017KW-030）

【摘 要】 可穿戴式人工智能產品具備便攜性、可視和社交性、針對性、實時性和安全性以及科技性的基本特征，信息時代其在大眾健身和競技體育方面的應用功能逐漸強大?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品將朝著更小、更輕和更好的用戶體驗的方向發(fā)展，對現(xiàn)代體育教育將具有非常廣闊的市場前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

【關鍵詞】 可穿戴式;人工智能產品;現(xiàn)代體育教育;應用

現(xiàn)代體育教育對教學輔助設備的需求日益增高，引進先進的人工智能產品已經成為高校傳統(tǒng)體育教育的必然趨向。在大學傳統(tǒng)的體育教學模式中，可穿戴式人工智能產品的應用給師生的教學過程提高了效率，以更為方便快捷的電子信息傳遞方式大大節(jié)省了師生溝通的精力和時間，因此在某種程度上對大學的教學質量起到了提升的作用?，F(xiàn)代科技在逐漸地改變人民的生活，體育產業(yè)是中國全民健身戰(zhàn)略和競技體育發(fā)展的核心支撐，體育產業(yè)在今日中國迎來了創(chuàng)新、改革和樹立品牌歷史機遇，智能化、數據化、網絡化和大眾化將是現(xiàn)代體育產業(yè)新的發(fā)展方向。競技體育的成績或是體育教學的練習效果取決于運動鍛煉的方式和方法，而對人體健康程度的合理監(jiān)控則體現(xiàn)了對科學化鍛煉的引導作用。目前在校大學生體質健康水平有持續(xù)下降的趨勢，因此我國對陽光體育運動的普及極為重視，對大學生體質的跟蹤監(jiān)測是各個高校常年的重要任務。通過不斷引進可穿戴式人工智能產品這樣的方式，對大學生進行體質監(jiān)測并實施對他們體育活動的科學性管理，對推動高校校園體育具有深遠的意義。

一、可穿戴式人工智能產品的主要特征

可穿戴式智能體育產品是一種數字化產品，可以呈現(xiàn)為配件（如紐扣、項鏈、手表、腰帶）或是服裝（如襯衫、內衣）的形式，目的是利用現(xiàn)代信息網絡和各種傳感器技術記錄機體的多種生命數據從而監(jiān)控人體的全面體征狀態(tài)?？纱┐魇街悄荏w育產品的出現(xiàn)是人們對科學鍛煉和產品智能化的需求所向，將作為一個新型領域的重大突破用以改善人們的生活質量，是未來體育活動和人工智能的融合點?？纱┐骷夹g的發(fā)展是目前我國在培育支持新興行業(yè)的一個發(fā)展點，《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》的文件顯示了“推進信息技術與教學融合，培養(yǎng)學生信息化環(huán)境下的學習能力等”內容?？纱┐魇街悄荏w育產品是便攜式健康設備的一種，可以長時間不間斷的記錄人體的各項生理參數，這與科學鍛煉相融合的構想已經成型，可穿戴式智能體育產品按照功能可分類為：運動健康類、健康管理類、信息資訊類、體感控制類。可穿戴式智能體育產品的主要技術支撐有語音識別、傳感器、低功耗互聯(lián)技術、高速互聯(lián)網和云計算、眼球追蹤、意念控制技術等等?？纱┐魇街悄荏w育產品的主要特征有：

1、可穿戴式人工智能產品的便攜性

健康監(jiān)控產品的便攜化和小型化是為遠程檢測實現(xiàn)實時監(jiān)護的大勢所趨，在以往的健康監(jiān)護中，專業(yè)人員多以大型和固定設備來采集用戶的體征數據，收集數據少且不易發(fā)現(xiàn)偶發(fā)癥狀?？纱┐魇街悄荏w育產品具有小型化、低功耗和較強抗干擾能力，其可穿戴性、可移動性和可持續(xù)性等特征可以克服傳統(tǒng)設備的這些缺點。與傳統(tǒng)的體育產品相比較最為重要的區(qū)別在于其便攜性。所以僅從便攜性的特征，可穿戴式智能體育產品遠遠優(yōu)于常用的智能手機和平板電腦?？纱┐魇街悄荏w育產品可以把體育活動和個性彰顯巧妙結合，實現(xiàn)科技與人的“以人為本，人機合一”的生活方式和運動互動。

2、可穿戴式人工智能產品的可視性和社交性

可視性是人們在運動過程中的直觀感受，可穿戴式智能體育產品不僅可以保證對數據采集的準確性，而且可以通過智能穿戴的多種內置微型傳感器，給運動參與者帶來可量化的可視的體征數據（如卡路里、心率、血壓等），然后傳輸至網絡進行數據分析，從而實現(xiàn)運動參與者對自身健康或是運動狀態(tài)的科學管理，最終提高生活質量（睡眠與心情、日常活動、生物識別特性等）。另外，現(xiàn)今社交網絡是電子產品的常見應用，可穿戴式人工智能產品已是互聯(lián)網時代不可或缺的硬件載體，體育參與者之間的群體社交也是可穿戴式人工智能產品的重要特征?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品的介入，在體育本身的社會性發(fā)展中，在運動社交行為中擁有了可以分享和互動的數據基礎，有望作為外在誘因而成為一種新的社交方式，使運動社交變得愈發(fā)豐富而充滿趣味。

3、可穿戴式人工智能產品的針對性、實時性和安全性

以往研究對機體健康狀態(tài)進行的監(jiān)測方法多體現(xiàn)了對人體整體性的、定性的描述，采集的數據也多具有滯后性，而對人體局部的、實時的機能狀態(tài)則缺乏準確的量化分析。傳統(tǒng)的檢測手段有些屬于損傷性檢測（如血乳酸、血清睪酮與皮質醇、血清肌酸激酶等），常因伴隨痛苦而帶來了一定的檢測難度?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品的監(jiān)測對象主要包括肌電、呼吸、體溫、脈率、血壓、血氧飽和度和血糖等人體基本的生理參數，這些基本的生理參數與機體的健康狀態(tài)息息相關，可實現(xiàn)對人體非介入式、無創(chuàng)的日常健康監(jiān)測，具有智能顯示結果、操作方便、可長時間持續(xù)工作和無線數據傳輸等特點?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品是目前信息技術革命的潮流和方向，其針對性、實時性和安全性監(jiān)控特性對于健康服務以及運動訓練都有著重要的意義。

4、可穿戴式人工智能產品的科技性

信息技術的迅猛發(fā)展在不斷推動著體育科技的改革創(chuàng)新，體育科技正在向多元化、靈活化和信息化相結合的方向逐步邁進，世界體育用品的發(fā)展已高度呈現(xiàn)科技化。體育科技領域的新成果和新技術漸入佳境并重塑著體育的呈現(xiàn)形式與人們的生活方式，也改寫著人們對于體育的認知?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品的蓬勃發(fā)展更是獨樹一幟（如美國的Sport VU智能系統(tǒng)可以實時采集距離、軌跡和反應時，其多種傳感器還可采集心率、加速度、變向和腦神經活動，降低運動損傷的發(fā)生率），我國體育運動不斷地在國際重大賽事上取得了非常顯著的成績，在校園中也得到了長足的發(fā)展，但與歐美頂尖的體育科技相比，我國的可穿戴式產品研發(fā)的未來有著更大的想象空間，可穿戴式人工智能產品的不斷研發(fā)可以為用戶的健康生活提供合理化建議，滿足了人們不同層次的運動需求，也迎合了當代體育科技的發(fā)展需要。

二、可穿戴式人工智能產品在體育領域的應用現(xiàn)狀

可穿戴式人工智能產品一直是國內外研究人員的熱點，其主要集成有無線數據收發(fā)模塊、傳感器數據采集設備和中央控制處理模塊。可穿戴式人工智能產品是伴隨科技發(fā)展誕生的新生事物，早期的可穿戴設備只是一種概念性質的產品。20世紀60年代，美國麻省理工實驗室提出了可穿戴技術的概念，該技術融合了傳感器、多媒體和無線通信技術以實現(xiàn)對人體基本肢體動作的感應、反饋和交互體驗。國外在這方面研究有了很大的進展，美國近年開發(fā)的生命衫（Life Shirt）則是世界上最早能夠無創(chuàng)和可移動地獲取機體生理參數的監(jiān)測系統(tǒng)，能夠檢測機體的30多個生理參數（心電、心率、呼吸、呼吸率、血氧、皮膚溫度、體位、運動、跌倒報警、血壓、體溫等），目前在國際上超過千家的醫(yī)院用戶。國內也有許多研究者對可穿戴式人工智能產品進行了持續(xù)的相關研究并取得了顯著的進展。如吉林大學的穿戴式人體生理參數測量系統(tǒng)可以測量人體心電、血壓、血氧飽和度、體溫及心率等生理參數，能夠實現(xiàn)對某些心血管疾病的早期預防。南昌航空大學的可織物化多生理信號監(jiān)測裝置將電子技術和紡織產品相結合，可以監(jiān)測機體的呼吸、肌電和血氧等生理數據。從目前公開的研究成果來看，穿戴式多生理參數監(jiān)測設備的研究非常注重產學研的結合，具有廣闊的應用前景。隨著近年來科技日新月異的進步和創(chuàng)新意識的發(fā)展，許多科研機構和公司相繼開展了對可穿戴式人工智能產品的持續(xù)研發(fā)。

可穿戴式人工智能產品的設計模式來自于互聯(lián)網的發(fā)展背景，其硬件核心是各種生理信息的傳感器和可穿戴技術，其軟件層次的核心技術則是無線網絡傳輸和數據統(tǒng)計處理?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品能夠對運動過程中的全程人體生理參數實施采集，還能夠通過大數據的分析系統(tǒng)為鍛煉者提供具有針對性的個體運動處方和營養(yǎng)建議。目前一些歐美的發(fā)達國家在可穿戴式人工智能產品的研究方面處于領先位置，而國內在此領域的發(fā)展因為來自于對產品核心硬件和軟件的研發(fā)限制尚處于起步的階段，但由于國內巨大的市場潛力，近年來對相關產品的研發(fā)也有著長足的進步。通過網絡資源的查詢和統(tǒng)計可以看出，可穿戴式人工智能產品的專利申請方面在近幾年得到了大幅增長，其中國內的專利申請占據絕對優(yōu)勢，但這一方面的專利申請大多為實用新型專利。

三、可穿戴式人工智能產品的發(fā)展趨勢

大健康時代下，科學化鍛煉是人們對身體健康的必然追求，隨著信息網絡技術的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的互聯(lián)網技術開始向移動互聯(lián)網轉移，更多的體育產品紛紛朝向智能化的發(fā)展方向，更加激發(fā)了人們對于運動的熱愛。體育用品智能化始于 2009 年 Fitbit計步器的誕生，它開啟了可穿戴式人工智能產品的風潮，自此，運動手環(huán)和智能運動鞋等其它相應的可穿戴式人工智能產品不斷推出，能精確地測量出用戶在運動中的具體情況，并在很短的時間里就風靡了體育世界。中國信息通信研究院發(fā)布的《可穿戴設備研究報告》指出：2015年中國智能可穿戴產品的市場規(guī)模已經達到125億元，增速為驚人的471%，從世界范圍高速發(fā)展的可穿戴式人工智能產品已經是物聯(lián)網發(fā)展的大勢所趨?？纱┐魇饺斯ぶ悄墚a品在目前來看主要應用于大眾健身方面和競技運動方面，其商業(yè)模式將逐漸完善，產品會逐步細分。互聯(lián)網經濟催生了當量辦公室一族和宅男宅女一族，這些人長期缺乏合理和科學的鍛煉方式，身體素質越來越差。另外，目前我國高校在“大學生國家體質健康測量標準”測試結果中的表現(xiàn)差強人意，在校生的多項身體素質指標呈逐年滑坡的現(xiàn)象。無論是長期“靜坐”族還是高校在校學生都會逐漸認識到在工作學習之余進行有效的體育活動可以增強體質，因此可穿戴式人工智能產品因其對運動監(jiān)控的及時評價而日益受到人們的追捧。目前國家對智能制造行業(yè)的重視（2025年要實現(xiàn)從制造大國向強國轉變的戰(zhàn)略）促進了可穿戴行業(yè)的發(fā)展，全球可穿戴智能產品市場的日益興起也帶動了中國可穿戴設備市場的高速增長，并逐漸使之成為全球的市場核心。隨著材料技術（碳納米管、石墨烯和有機電子等）和傳感技術的進步，可穿戴式設備將朝著更小、更輕和更好的用戶體驗的方向發(fā)展，在現(xiàn)代體育教育領域具有非常廣闊的市場前景和巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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【作者簡介】

石 磊（1974—）男，山東濟南人，博士，教授，碩士生導師，研究方向：學校體育.