可穿戴計算機硬件研究現狀

（黑龍江省市場主體信息監測中心，黑龍江 哈爾濱 150000）

從可穿戴計算機硬件系統的結構來看，早期的可穿戴計算機基本采用PC 開放構架，用 COTS 器件或是定制主板電路，形成一種精簡 PC 形式的集中主機模式。隨著研究的深入，MIT 等大學提出了分布主機的硬件體系，采用的體系機構也從PC 構架拓展到以微控制器為基礎的非 PC 構架，提出了“身體總線”和“身體網絡”等概念和技術，這種技術實現的可穿戴計算機更適合構建以衣物為支撐的結構。

一、專用的主板

可穿戴式計算機要求超微型、超輕型、結構緊湊的主板。目前可以為可穿戴計算機所用的主板主要是嵌入式系統部件，如 PC/104。但是對大部分的可穿戴式計算機硬件系統來說，嵌入式的硬件設備在體積和重量方面還是不能很好的滿足要求，特別是在計算能力和低功耗方面尤其不足。另外，無主板結構是可穿戴式計算機硬件結構的主要發展方向之一，這是迅速減少穿戴機尺寸的有效方法。無主板結構將各個器件直接用總線連接,最終目標是取消各種接插件（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算機體積及重量的關鍵因素之一。IBM 已推出的 Compact Flash 形式的微型硬盤，其體積在 50 X 50 X 2mm，容量已經達到 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算機采用了“縫制” 工藝，將器件、組件、數據線、電源線分布并“縫制”在衣物（一種軍用背心）的適當部位。這種基于衣物可穿戴計算機可稱為Smart Clothing（聰明衣服）。

四、可洗編織組件及電路

穿戴舒適、方便、實用的可穿戴計算機應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，這種用于可穿戴計算機的編織物也稱為 Smart Fabric（聰明織物），如果 Smart Fabric 是可洗的就稱為可洗計算（Washable Computing）。Smart Fabric、Smart Clothing 和Washable Computing 的關鍵技術有：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；可洗編織可穿戴計算機的系統組成原理；傳統的編織縫紉技術、電子技術與新型材料相結合制作可穿戴計算機的方法。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，編織成用于構建可穿戴計算機的電子織物。目前已有一種全織物電容式數字鍵盤在批量生產，它采用了普通刺繡技術。這種數字鍵盤柔軟、耐用、觸摸響應。對穿戴機而言，未來柔軟“電路板”將要取代僵硬的印制電路板，而非“電路板”結構 的 Smart Fabric 應是主要發展方向之一。

五、特殊的輸入設備：

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

六、特殊的輸出設備

可穿戴計算機的輸出裝置主要有 HMD(Head Mounted Display)、語音和觸動裝置等。但目前可穿戴計算機的最關鍵裝置是 HMD，它是實現可穿戴計算機先進人-機交互的基礎。最初 HMD 主要用于全沉浸虛擬現實技術。HMD 有很多形式，風格各異，如基于普通眼鏡隱蔽式的、基于頭盔的、基于主桿（boom）支架的、外型類似于滑雪護目鏡的等等，它們的用途和性能各不相同。現在市場上已有一些商品化的 HMD 出售，如 IBM 的 可穿戴計算機采用的微型 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（可穿戴計算機可在運動狀態下使用）。

DARPA 利用這些技術開發了一系列 HMD 產品，如 CVC（戰車手護目鏡），它采用獨特的輕型光學設計，將 1280 x 1024 AMEL 顯示器集成在一件標準軍用防風沙、陽光護目鏡中，整個系統只有 11 盎司；軍用先進視覺系統（Army's Advanced Visionics System）采用 DARPA HMD 技術，達到了全彩色、1280x1024 pixel 的水平，這個視覺系統供直升飛機的飛行員使用；用于軍用飛機駕駛艙仿真器的第一件全沉浸 HMD；用于軍用和商用飛機安裝和維護的頭戴增強現實系統。這個計劃現在繼續支持 AMLCD 和 AMEL 顯示器的開發，目標是：制造 2000 DPI 顯示器，將彩色濾波器應用于這類顯示器，將可提供每平方英寸1280 x 1024 的彩色的顯示器；開發低電壓 AMEL 技術，使其達到標準 CMOS 水平。

結語

目前，無線技術的廣泛應用也滲入到可穿戴計算機的硬件設計中，出現了利用無線連接各個系統部件的體系結構。針對可穿戴計算機的特殊硬件技術也不斷發展。