Носимая технология — это любая технология, которая предназначена для использования во время ношения . Распространенные типы носимых технологий включают умные часы и умные очки . Носимые электронные устройства часто находятся близко к поверхности кожи или на ней, где они обнаруживают, анализируют и передают информацию, такую как показатели жизнедеятельности и/или данные об окружающей среде, и которые в некоторых случаях позволяют осуществлять немедленную биологическую обратную связь с пользователем. [1] [2] [3]
Носимые устройства, такие как трекеры активности, являются примером Интернета вещей , поскольку «вещи», такие как электроника , программное обеспечение , датчики и связь, являются эффекторами, которые позволяют объектам обмениваться данными (включая качество данных [4] ) через Интернет с производителем, оператором и/или другими подключенными устройствами, не требуя вмешательства человека. Носимые технологии предлагают широкий спектр возможных применений, от общения и развлечений до улучшения здоровья и фитнеса, однако существуют опасения по поводу конфиденциальности и безопасности, поскольку носимые устройства имеют возможность собирать персональные данные.
Носимые технологии имеют множество вариантов использования, которые растут по мере развития технологий и расширения рынка. Носимые устройства популярны в потребительской электронике, чаще всего в форм-факторах умных часов , умных колец и имплантатов . Помимо коммерческого использования, носимые технологии внедряются в навигационные системы, передовой текстиль ( e-textiles ) и здравоохранение . Поскольку носимые технологии предлагаются для использования в критически важных приложениях, как и другие технологии, они проверяются на надежность и безопасность. [5]
В 1500-х годах немецкий изобретатель Петер Генлейн (1485-1542) создал небольшие часы, которые носили как ожерелья. Спустя столетие карманные часы стали пользоваться популярностью, поскольку жилеты стали модными для мужчин. Наручные часы были созданы в конце 1600-х годов, но в основном их носили женщины как браслеты. [6]
В конце 1800-х годов появились первые носимые слуховые аппараты . [7]
В 1904 году летчик Альберто Сантос-Дюмон стал пионером современного использования наручных часов. [6]
В 1970-х годах появились часы с калькулятором , пик популярности которых пришелся на 1980-е годы.
С начала 2000-х носимые камеры использовались как часть растущего движения скрытого наблюдения . [8] Ожидания, операции, использование и опасения по поводу носимых технологий были обсуждены на первой Международной конференции по носимым вычислениям . [9] В 2008 году Илья Фридман встроил скрытый микрофон Bluetooth в пару сережек. [10] [11]
В 2010 году компания Fitbit выпустила свой первый счетчик шагов. [12] Носимая технология, которая отслеживает такую информацию, как ходьба и частота сердечных сокращений, является частью количественной оценки собственного движения.
В 2013 году McLear, также известный как NFC Ring, выпустил первое широко используемое усовершенствованное носимое устройство. Умное кольцо могло платить биткойнами, разблокировать другие устройства, передавать личную идентификационную информацию и другие функции. [13] McLear владеет самым ранним патентом, поданным в 2012 году, который охватывает все умные кольца, с Джо Пренсипом из Сиэтла, штат Вашингтон, в качестве единственного изобретателя. [14]
В 2013 году одними из первых широко распространенных смарт-часов стали Samsung Galaxy Gear . В 2015 году Apple выпустила Apple Watch . [15]
С 1991 по 1997 год Розалинд Пикард и ее студенты Стив Манн и Дженнифер Хили в MIT Media Lab спроектировали, построили и продемонстрировали сбор данных и принятие решений с помощью «умной одежды», которая отслеживала непрерывные физиологические данные от владельца. Эти «умная одежда», «умное нижнее белье», «умная обувь» и умные украшения собирали данные, которые относились к аффективному состоянию, и содержали или контролировали физиологические датчики и датчики окружающей среды, такие как камеры и другие устройства. [16] [17] [8] [18]
В то же время, также в MIT Media Lab, Тэд Старнер и Алекс «Сэнди» Пентланд разрабатывают дополненную реальность . В 1997 году их прототип смарт-очков был показан в 60 Minutes и позволял быстро искать в Интернете и обмениваться мгновенными сообщениями. [19] Хотя очки прототипа были почти такими же обтекаемыми, как и современные смарт-очки, процессором был компьютер, который носили в рюкзаке — самое легкое решение, доступное на тот момент.
В 2009 году Sony Ericsson объединилась с Лондонским колледжем моды для конкурса по разработке цифровой одежды. Победителем стало коктейльное платье с технологией Bluetooth, заставляющей его светиться при входящем звонке. [20]
Зак «Хокен» Смит, известный по MakerBot, сшил брюки-клавиатуры во время семинара «Fashion Hacking» в творческом коллективе Нью-Йорка.
Национальный институт Тиндаля [21] в Ирландии разработал платформу «дистанционного неинтрузивного мониторинга состояния пациента», которая использовалась для оценки качества данных, полученных с помощью датчиков пациента, и того, как конечные пользователи могут адаптировать эту технологию. [22]
Совсем недавно лондонская модная компания CuteCircuit создала костюмы для певицы Кэти Перри со светодиодной подсветкой, чтобы наряды меняли цвет как во время сценических выступлений, так и во время появлений на красной дорожке, например, платье, которое Кэти Перри носила в 2010 году на MET Gala в Нью-Йорке. [23] В 2012 году CuteCircuit создала первое в мире платье с изображением твитов, которое носила певица Николь Шерзингер . [24]
В 2010 году компания McLear, также известная как NFC Ring, разработала первый в мире прототип усовершенствованного носимого устройства, финансирование которого было собрано на Kickstarter в 2013 году. [13]
В 2014 году аспиранты Школы искусств Тиш в Нью-Йорке разработали толстовку с капюшоном, которая отправляла запрограммированные текстовые сообщения, активируемые движениями жестов. [25]
Примерно в то же время начали появляться прототипы цифровых очков с дисплеем на лобовом стекле (HUD). [26]
Американские военные используют головные уборы с дисплеями для солдат, использующих технологию, называемую голографической оптикой . [26]
В 2010 году Google начала разработку прототипов [27] своего оптического дисплея Google Glass , который был надет на голову и поступил в бета-версию для клиентов в марте 2013 года.
В потребительском секторе продажи умных браслетов (они же трекеры активности, такие как Jawbone UP и Fitbit Flex) начали расти в 2013 году. Согласно отчету PriceWaterhouseCoopers Wearable Future Report за 2014 год, у каждого пятого взрослого американца есть носимое устройство. [28] По состоянию на 2009 год снижение стоимости вычислительной мощности и других компонентов способствовало широкому внедрению и доступности. [29]
В профессиональном спорте носимые технологии применяются для мониторинга и обратной связи в реальном времени для спортсменов. [29] Примерами носимых технологий в спорте являются акселерометры, шагомеры и GPS, которые можно использовать для измерения расхода энергии спортсменом и характера его движений. [30]
В кибербезопасности и финансовых технологиях защищенные носимые устройства захватили часть рынка физических ключей безопасности. McLear, также известный как NFC Ring, и VivoKey разработали продукты с одноразовым пропуском для безопасного контроля доступа. [31]
В информатике здравоохранения носимые устройства позволили лучше фиксировать статистику здоровья человека для анализа на основе данных. Это облегчило алгоритмы машинного обучения на основе данных для анализа состояния здоровья пользователей. [32] Для приложений в здравоохранении ( ).
В бизнесе носимые технологии помогают менеджерам легко контролировать сотрудников, зная их местоположение и то, что они в данный момент делают. Сотрудники, работающие на складе, также имеют повышенную безопасность при работе с химикатами или подъеме чего-либо. Умные шлемы — это носимые устройства безопасности сотрудников, которые оснащены датчиками вибрации, которые могут предупреждать сотрудников о возможной опасности в их среде. [33]
Носимые технологии часто используются для мониторинга здоровья пользователя. Учитывая, что такое устройство находится в тесном контакте с пользователем, оно может легко собирать данные. Это началось еще в 1980 году, когда была изобретена первая беспроводная ЭКГ. В последние десятилетия наблюдается существенный рост исследований, например, текстильных, татуированных, пластырных и контактных линз [34], а также распространение понятия « квантифицированного Я », идей, связанных с трансгуманизмом , и рост исследований в области продления жизни .
Носимые устройства могут использоваться для сбора данных о здоровье пользователя, включая: [ необходимы дополнительные ссылки ]
Эти функции часто объединяются в одном устройстве, например, в трекере активности или смарт-часах, таких как Apple Watch Series 2 или Samsung Galaxy Gear Sport. Такие устройства используются для физических тренировок и мониторинга общего физического здоровья, а также для оповещения о серьезных медицинских состояниях, таких как судороги (например, Empatica Embrace2).
.jpg/1280px-Razer_OSVR_Open-Source_Virtual_Reality_for_Gaming_(16241057474).jpg)
Хотя виртуальная реальность (VR) изначально была разработана для игр, ее также можно использовать для реабилитации. Пациентам выдаются гарнитуры виртуальной реальности, и пациентам предлагается выполнить ряд заданий, но в игровом формате. Это имеет значительные преимущества по сравнению с традиционными методами лечения. Во-первых, это более контролируемо; оператор может изменить окружающую среду на любую, которую он пожелает, включая области, которые могут помочь ему победить свой страх, как в случае с ПТСР . Еще одним преимуществом является цена. В среднем традиционные методы лечения стоят несколько сотен долларов в час, тогда как гарнитуры VR стоят всего несколько сотен долларов и могут использоваться в любое время. У пациентов с неврологическими расстройствами, такими как болезнь Паркинсона , терапия в игровом формате, где можно одновременно использовать несколько различных навыков, таким образом одновременно стимулируя несколько различных частей мозга. [38] Использование VR в физиотерапии по-прежнему ограничено, поскольку недостаточно исследований. Некоторые исследования указывают на возникновение укачивания при выполнении интенсивных задач, [39] что может пагубно сказаться на прогрессе пациента. Противники также отмечают, что полная зависимость от VR может привести к самоизоляции и чрезмерной зависимости от технологий, что не позволит пациентам общаться со своими друзьями и семьей. Существуют опасения по поводу конфиденциальности и безопасности, поскольку для эффективности программного обеспечения VR потребуются данные и информация о пациенте, а эта информация может быть скомпрометирована во время утечки данных , как в случае с 23andMe . Отсутствие надлежащих медицинских экспертов в сочетании с более длительным обучением, связанным с проектом восстановления, может привести к тому, что пациенты не осознают своих ошибок, а восстановление займет больше времени, чем ожидалось. [40] Вопрос стоимости и доступности также является еще одной проблемой; в то время как гарнитуры VR значительно дешевле традиционной физиотерапии, может быть много дополнительных функций, которые могут повысить цену, сделав ее недоступной для многих. [41] Базовые модели могут быть менее эффективными по сравнению с моделями более высокого класса, что может привести к цифровому разрыву . В целом, решения VR для здравоохранения не предназначены для того, чтобы конкурировать с традиционными методами лечения, поскольку исследования показывают, что в сочетании с ними физиотерапия более эффективна. [42] Исследования в области реабилитации с помощью VR продолжают расширяться с новыми исследованиями в области тактильных разработок, которые позволят пользователю чувствовать свое окружение и включать свои руки и ноги в свой план восстановления. Кроме того, разрабатываются более сложные системы VR [43]которые позволяют пользователю использовать все свое тело для восстановления. Он также имеет сложные датчики, которые позволят медицинским специалистам собирать данные о мышечной активности и напряжении. Он использует электроимпедансную томографию , форму неинвазивной визуализации для просмотра использования мышц.
Еще одной проблемой является отсутствие крупного финансирования со стороны крупных компаний и правительства в этой области. [44] Многие из этих наборов VR являются готовыми товарами и не предназначены для медицинского использования. Внешние дополнения обычно печатаются на 3D-принтере или изготавливаются из запасных частей другой электроники. Отсутствие поддержки означает, что пациенты, которые хотят попробовать этот метод, должны быть технически подкованными, что маловероятно, поскольку многие заболевания проявляются только в более позднем возрасте. Кроме того, некоторые части VR, такие как тактильная обратная связь и отслеживание, все еще недостаточно развиты, чтобы надежно использоваться в медицинских условиях. Еще одной проблемой является количество устройств VR, доступных для покупки. Хотя это и увеличивает доступные варианты, различия между системами VR могут повлиять на выздоровление пациентов. Огромное количество устройств VR также затрудняет для медицинских работников предоставление и интерпретацию информации, поскольку у них может не быть практики работы с конкретной моделью, что может привести к выдаче ошибочных рекомендаций. [ необходима цитата ]
В настоящее время изучаются другие варианты применения в здравоохранении, такие как:
Предлагаемые приложения, в том числе приложения без функциональных носимых прототипов, включают:
Различные носимые технологии были разработаны для помощи в диагностике COVID-19. Уровень кислорода, обнаружение антител, артериальное давление, частота сердечных сокращений и многое другое отслеживаются небольшими датчиками внутри этих устройств. [69] [70]
Носимые устройства, такие как Apple Watch и Fitbits, использовались для потенциальной диагностики симптомов COVID-19 . Мониторы внутри устройств были разработаны для определения частоты сердечных сокращений, артериального давления, уровня кислорода и т. д. [70] Диагностические возможности носимых устройств предлагают более простой способ обнаружения любых отклонений в организме человека.
Методы оценки и прогнозирования носимых технологий для COVID-19 имеют несколько недостатков из-за неспособности различать другие заболевания и COVID-19. Повышение артериального давления , частоты сердечных сокращений и т. д., а также колебания уровня кислорода могут быть отнесены к другим заболеваниям, начиная от простуды и заканчивая респираторными заболеваниями . [70] Неспособность различать эти заболевания вызвала «ненужный стресс у пациентов, что вызывает обеспокоенность по поводу внедрения носимых устройств для здоровья». [70]
В дополнение к носимым устройствам, таким как часы, специалисты разработали маски для лица со встроенными датчиками для использования людьми во время пандемии COVID-19. [71] Встроенные датчики были разработаны для определения характеристик выдыхаемого воздуха, таких как «характер и частота дыхания, биомаркеры воспаления и потенциальное обнаружение патогенов, передающихся воздушно-капельным путем ». [71]
Умные маски «содержат датчик, который отслеживает наличие протеазы SARS-CoV-2 в дыхании». [72] В маске находится блистерная упаковка, которая при разрыве вызывает химическую реакцию . В результате химической реакции датчик станет синим, если вирус будет обнаружен в дыхании человека. [72]
Однако возникают проблемы с количеством протеазы, необходимым для получения правильного результата от датчика. Дыхание человека содержит протеазу только после того, как клетки умирают. Затем они выходят из организма с жидкостями, такими как слюна, и через дыхание. Если протеазы слишком мало , маска может не обнаружить протеазу, что приведет к ложному результату. [72]
Умные линзы были разработаны для регистрации внутриглазного давления . [69] Линза соответствует глазному яблоку и содержит датчики, которые отслеживают уровень глюкозы, движение глаз и определенные биомаркеры для определенных заболеваний. В линзы встроены микроэлектроника и процессорные блоки, которые отвечают за сбор данных. Благодаря инновациям в области технологий умные линзы имеют потенциал для «включения дисплеев, которые накладывают информацию на то, что видит пользователь». [73]
Умный текстиль был разработан для мониторинга температуры кожи и метаболитов . [69] Этот текстиль содержит датчики, которые состоят из трех основных частей: «содержащие субстрат , активные элементы и электрод / межсоединение ». [74] Хотя умный текстиль может предоставить людям способ диагностировать отклонения в их теле, существует множество проблем, связанных с использованием. Экономическое бремя для пациентов и больниц, а также высокая стоимость покупки и обслуживания являются препятствием для применения умного текстиля. Разработка этих датчиков также сталкивается со многими проблемами, такими как «выбор подходящих субстратов, биосовместимых материалов и технологий производства, а также мгновенный мониторинг различных аналитиков [sic], возможность стирки и непрерывные схемы отображения сигнала». [74]
Разработаны умные кольца для контроля артериального давления. [69]
Микроигольчатые пластыри были разработаны для мониторинга метаболитов , маркеров воспаления, лекарств и т. д. [69] Они также очень выгодны по разным причинам: «улучшенная иммуногенность , щадящий эффект дозы, низкие производственные затраты... простота использования... и большая приемлемость по сравнению с традиционными подкожными инъекциями». [75] Ожидается, что внедрение микроигольчатых пластырей ускорит процесс вакцинации, сделав его более применимым, эффективным и экономически выгодным. [75]
Здоровый образ жизни может зависеть не только от здорового питания , хорошего сна или участия в нескольких упражнениях в неделю. На самом деле, он выходит далеко за рамки нескольких вещей и, скорее, тесно связан с различными физиологическими и биохимическими частями тела в отношении физической активности и здорового образа жизни. За последние несколько лет появление технологических устройств, более известных как «носимые технологии», улучшило способность измерять физическую активность и дало простым пользователям и, например, кардиологам возможность анализировать параметры, связанные с качеством их жизни.
Носимые технологии — это устройства, которые люди могут носить в любое время дня и ночи. Они помогают измерять определенные показатели, такие как сердцебиение и ритм, качество сна, [ нужна цитата ] общее количество шагов за день, и могут помочь распознать определенные заболевания, такие как болезни сердца, диабет и рак. [ нужна цитата ] Они могут продвигать идеи о том, как улучшить свое здоровье и избежать определенных надвигающихся заболеваний. Эти устройства ежедневно предоставляют обратную связь о том, что нужно улучшить и в каких областях люди преуспевают, и это мотивирует и продолжает подталкивать пользователя продолжать свой улучшенный образ жизни.
Со временем носимые технологии оказали огромное влияние на рынок здравоохранения и физической активности, поскольку, по данным Певника и др. 2018 г., «рынок потребительских носимых технологий стремительно растет и, как ожидается, превысит 34 млрд долларов к 2020 году». [76] Это показывает, как сектор носимых технологий становится все более и более популярным среди всех людей, которые хотят улучшить свое здоровье и качество жизни.
Носимые технологии могут быть представлены во всех формах: от часов, подушечек для размещения на сердце, устройств, надеваемых на руки, вплоть до устройств, которые могут измерять любой объем данных, просто касаясь рецепторов устройства. Во многих случаях носимые технологии подключены к приложению, которое может передавать информацию немедленно, готовую для анализа и обсуждения с кардиологом. Кроме того, согласно Американскому журналу профилактической медицины, они заявляют, что «носимые устройства могут быть недорогим, осуществимым и доступным способом продвижения ФА». [77] По сути, это намекает на то, что носимые технологии могут быть полезны для всех и на самом деле не являются запретными по стоимости. Кроме того, когда постоянно видишь, как носимые технологии фактически используются и носят другие люди, это продвигает идею физической активности и подталкивает больше людей к участию.
Носимые технологии также помогают в развитии хронических заболеваний и мониторинге физической активности с точки зрения контекста. Например, согласно Американскому журналу профилактической медицины, «носимые устройства могут использоваться на разных фазах траектории хронических заболеваний (например, до и после операции) и связываться с данными медицинской карты для получения подробных данных о том, как частота, интенсивность и продолжительность активности изменяются в течение болезни и при различных методах лечения». [77] Носимые технологии могут быть полезны для отслеживания и помощи в анализе данных с точки зрения того, как человек выполняет упражнения с течением времени, и как он может выполнять упражнения при различных изменениях в диете, режиме тренировок или режиме сна. Кроме того, носимые технологии могут быть полезны не только для измерения результатов до и после операции, но они также могут помочь измерить результаты, когда кто-то может восстанавливаться после хронического заболевания, такого как рак или болезнь сердца и т. д.
Носимые технологии обладают потенциалом для создания новых и улучшенных способов того, как мы смотрим на здоровье и как мы на самом деле интерпретируем эту науку, стоящую за нашим здоровьем. Они могут продвинуть нас на более высокий уровень медицины и уже оказали значительное влияние на то, как пациенты диагностируются, лечатся и реабилитируются с течением времени. Однако все еще необходимо продолжить обширные исследования того, как правильно интегрировать носимые технологии в здравоохранение и как лучше всего их использовать. Кроме того, несмотря на пожинаемые плоды носимых технологий, все еще необходимо завершить много исследований, чтобы начать перенос носимых технологий на очень больных пациентов с высоким риском.
Хотя носимые устройства могут собирать данные в обобщенном виде, большинство из них ограничены в своих возможностях анализировать эти данные или делать выводы на их основе, поэтому большинство из них используются в основном для получения общей информации о состоянии здоровья.
Исключение составляют носимые устройства, предупреждающие о приступах, которые непрерывно анализируют данные пользователя и принимают решение о вызове помощи. Собранные данные затем могут предоставить врачам объективные доказательства, которые они могут счесть полезными при постановке диагноза. [ необходима цитата ]
Носимые устройства могут учитывать индивидуальные различия, хотя большинство просто собирают данные и применяют универсальные алгоритмы. Программное обеспечение на носимых устройствах может напрямую анализировать данные или отправлять их на расположенное поблизости устройство(а), например, смартфон, который обрабатывает, отображает или использует данные для анализа. Для анализа и реального смыслообразования также могут использоваться алгоритмы машинного обучения . [56]
Сегодня растет интерес к использованию носимых устройств не только для индивидуального самоотслеживания, но и в корпоративных программах по охране здоровья и благополучия. Учитывая, что носимые устройства создают массивный след данных , который работодатели могут повторно использовать для других целей, помимо здравоохранения, все больше исследований начинают изучать вопросы конфиденциальности и безопасности носимых устройств, в том числе связанные с использованием для наблюдения за работниками . [78] [ необходимы дополнительные ссылки ] Аша Пета Томпсон основала Intelligent Textiles, которая создает тканые внешние аккумуляторы и схемы, которые можно использовать в электронной форме для пехоты . [79]
Носимая технология может существовать в нескольких различных форм-факторах. Популярные умные часы включают Samsung Galaxy Watch и Apple Watch . Популярное умное кольцо — McLear Ring. Популярный имплант — Dangerous Things NExT RFID + NFC Chip Implant , хотя его не носят, а имплантируют. [ требуется пояснение ] [ требуется цитата ]
Очки (включая смарт-очки , но не только ) — это носимые устройства, которые надеваются на голову.
Например, для измерения ЭЭГ надеваются на голову головные уборы. Исследование показывает, что головные уборы ЭЭГ могут использоваться для нейростимуляции , делая вывод, что «визуальная парадигма мерцания для увлечения людей собственным мозговым ритмом (т. е. пиковой альфа-частотой )» приводит к существенно более быстрому перцептивному визуальному обучению , сохраняющемуся на следующий день после обучения. [80] [81] Существуют исследования различных форм нейростимуляции с различными подходами, включая использование носимых технологий.
Другим применением может быть поддержка индукции осознанных сновидений , [82] [83] [84] [85], хотя «для доказательства эффективности необходимы более контролируемые исследования проверки». [85]
Эпидермальная электроника — это новая область носимых технологий, названная так из-за своих свойств и поведения, сопоставимых со свойствами и поведением эпидермиса или самого внешнего слоя кожи. [86] [87] [88] Эти носимые устройства монтируются непосредственно на кожу для непрерывного мониторинга физиологических и метаболических процессов, как дермальных, так и подкожных. [88] Беспроводная связь обычно достигается с помощью батареи, Bluetooth или NFC, что делает эти устройства удобными и портативными как тип носимых технологий. [89] В настоящее время эпидермальная электроника разрабатывается в области фитнеса и медицинского мониторинга.
Текущее использование эпидермальной технологии ограничено существующими процессами изготовления. Ее текущее применение опирается на различные сложные методы изготовления, такие как литография или прямая печать на подложке-носителе перед непосредственным прикреплением к телу. Исследования по печати эпидермальной электроники непосредственно на коже в настоящее время доступны как единственный источник исследований. [90]
Значимость эпидермальной электроники заключается в ее механических свойствах, которые напоминают свойства кожи. Кожу можно смоделировать как бислой, состоящий из эпидермиса с модулем Юнга ( E ) 2–80 кПа и толщиной 0,3–3 мм и дермы с E 140–600 кПа и толщиной 0,05–1,5 мм. Вместе этот бислой пластически реагирует на растяжение ≥ 30%, ниже которого поверхность кожи растягивается и морщится, не деформируясь. [86] Свойства эпидермальной электроники отражают свойства кожи, что позволяет им работать таким же образом. Как и кожа, эпидермальная электроника является ультратонкой ( h < 100 мкм), низкомодульной ( E ~ 70 кПа) и легкой (<10 мг/см 2 ), что позволяет ей соответствовать коже без приложения напряжения. [89] [91] Конформный контакт и надлежащая адгезия позволяют устройству сгибаться и растягиваться без расслаивания, деформации или выхода из строя, тем самым устраняя проблемы с обычными, громоздкими носимыми устройствами, включая артефакты измерения, гистерезис и раздражение кожи, вызванное движением. Благодаря этой присущей способности принимать форму кожи, эпидермальная электроника может точно получать данные, не изменяя естественного движения или поведения кожи. [92] Тонкая, мягкая, гибкая конструкция эпидермальной электроники напоминает конструкцию временных татуировок, ламинированных на коже. По сути, эти устройства «механически невидимы» для владельца. [86]
Эпидермальные электронные устройства могут прилипать к коже посредством сил Ван-дер-Ваальса или эластомерных субстратов. При наличии только сил Ван-дер-Ваальса эпидермальное устройство имеет ту же тепловую массу на единицу площади (150 мДж/см2К ) , что и кожа, когда толщина кожи <500 нм. Наряду с силами Ван-дер-Ваальса низкие значения E и толщины эффективны для максимизации адгезии, поскольку они предотвращают деформационно-индуцированное отсоединение из-за растяжения или сжатия. [86] Введение эластомерного субстрата может улучшить адгезию, но немного увеличит тепловую массу на единицу площади. [92] Было изучено несколько материалов для получения этих свойств, подобных коже, включая фотолитографическую узорчатую серпентиновую золотую нанопленку и узорчатое легирование кремниевых наномембран. [87]
Умная обувь — пример носимых технологий, которые включают в себя умные функции обуви. Умная обувь часто работает с приложениями смартфонов для поддержки задач, которые невозможно выполнить с помощью стандартной обуви. Использование включает вибрацию смартфона, чтобы сообщать пользователям, когда и где повернуть, чтобы добраться до пункта назначения через Google Maps или самозашнуровывание. [93] [94] [95] [96] [97]
Технология самозашнуровывающихся кроссовок , похожая на Nike Mag в фильме «Назад в будущее, часть II» , — еще одно применение умной обуви. В 2019 году немецкая обувная компания Puma была признана одним из «100 лучших изобретений 2019 года» по версии журнала Time за свою обувь без шнурков Fi, которая использует микродвигатели для регулировки посадки с iPhone . [98] Nike также представила умную обувь в 2019 году, известную как Adapt BB. Обувь имела кнопки сбоку, чтобы ослаблять или затягивать посадку с помощью специального двигателя и шестерни, которыми также можно было управлять с помощью смартфона. [99]
16 апреля 2013 года Google пригласила «Glass Explorers», которые предварительно заказали ее носимые очки на конференции Google I/O 2012 года, забрать свои устройства. Этот день ознаменовал официальный запуск Google Glass, устройства, предназначенного для доставки богатого текста и уведомлений через дисплей на лобовом стекле, носимый как очки. Устройство также имело 5-мегапиксельную камеру и записывало видео в формате 720p. [100] Его различные функции активировались с помощью голосовой команды , например «OK Glass». Компания также запустила сопутствующее приложение Google Glass, MyGlass. [101] Первое стороннее приложение Google Glass было создано New York Times , которое могло зачитывать статьи и сводки новостей.
Однако в начале 2015 года Google прекратила продажу бета-версии Glass «explorer edition» широкой публике после критики ее дизайна и цены в 1500 долларов. [102]
В то время как технология оптических дисплеев, монтируемых на голове, остается нишевой, два популярных типа носимых устройств взлетели: умные часы и трекеры активности. В 2012 году ABI Research прогнозировал, что продажи умных часов достигнут 1,2 миллиона долларов в 2013 году, чему способствовало высокое проникновение смартфонов на многие мировые рынки, широкая доступность и низкая стоимость датчиков MEMS, энергоэффективные технологии подключения, такие как Bluetooth 4.0, и процветающая экосистема приложений. [103]
Стартап Pebble , поддерживаемый краудфандингом, заново изобрел смарт-часы в 2013 году, запустив кампанию на Kickstarter , которая собрала более 10 миллионов долларов. В конце 2014 года Pebble объявила, что продала миллион устройств. В начале 2015 года Pebble вернулась к своим краудфандинговым корням, чтобы собрать еще 20 миллионов долларов для своих смарт-часов следующего поколения Pebble Time, которые начали поставляться в мае 2015 года. [ требуется обновление ]
Стартап McLear , поддерживаемый краудфандингом, изобрел смарт-кольцо в 2013 году, а кампания на Kickstarter собрала более $300 тыс. финансирования. McLear был первопроходцем в области носимых технологий, внедрив платежи, платежи в биткоинах, расширенный безопасный контроль доступа, количественный сбор собственных данных, отслеживание биометрических данных и системы мониторинга для пожилых людей.
В марте 2014 года Motorola представила умные часы Moto 360 на базе Android Wear — модифицированной версии мобильной операционной системы Android, разработанной специально для умных часов и других носимых устройств. [104] [105] Наконец, после более чем года спекуляций, в сентябре 2014 года Apple анонсировала собственные умные часы — Apple Watch .
Носимые технологии были популярной темой на выставке Consumer Electronics Show в 2014 году, а отраслевые комментаторы окрестили это мероприятие «Выставкой носимых устройств, бытовой техники, автомобилей и гибких телевизоров». [106] Среди многочисленных представленных носимых продуктов были умные часы, трекеры активности, умные украшения, оптические дисплеи для крепления на голове и наушники. Тем не менее, носимые технологии по-прежнему страдают от ограниченной емкости аккумулятора. [107]
Другая область применения носимых технологий — это системы мониторинга для домов престарелых и ухода за пожилыми людьми . Носимые датчики имеют огромный потенциал в создании больших данных , с большой применимостью к биомедицине и окружающему дому с поддержкой. [108] По этой причине исследователи переключают свое внимание со сбора данных на разработку интеллектуальных алгоритмов, способных извлекать ценную информацию из собранных данных, используя методы добычи данных, такие как статистическая классификация и нейронные сети . [109]
Носимые технологии также могут собирать биометрические данные, такие как частота сердечных сокращений (ЭКГ и ВСР), мозговые волны (ЭЭГ) и мышечные биосигналы (ЭМГ) из человеческого тела, чтобы предоставить ценную информацию в области здравоохранения и благополучия. [110]
Другая набирающая популярность носимая технология включает в себя виртуальную реальность. Гарнитуры VR были созданы рядом производителей для компьютеров, консолей и мобильных устройств. Недавно Google выпустила свою гарнитуру, Google Daydream. [111]
Помимо коммерческих приложений, носимые технологии исследуются и разрабатываются для множества применений. Массачусетский технологический институт является одним из многих научно-исследовательских институтов, разрабатывающих и тестирующих технологии в этой области. Например, проводятся исследования по улучшению тактильной технологии [112] для ее интеграции в носимые устройства следующего поколения. Другой проект фокусируется на использовании носимых технологий для помощи слабовидящим в навигации по окружающей среде. [113]
Поскольку носимые технологии продолжают развиваться, они начали распространяться и на другие области. Интеграция носимых устройств в здравоохранение стала предметом исследований и разработок для различных учреждений. Носимые устройства продолжают развиваться, выходя за рамки устройств и исследуя новые горизонты, такие как умные ткани. Приложения включают использование ткани для выполнения функции, такой как интеграция QR-кода в текстиль [114] или спортивную одежду, которая увеличивает поток воздуха во время упражнений [115].
Носимые устройства расширились в сфере развлечений, создав новые способы восприятия цифровых медиа. Гарнитуры виртуальной реальности и очки дополненной реальности стали примером носимых устройств в сфере развлечений. Влияние этих гарнитур виртуальной реальности и очков дополненной реальности в основном наблюдалось в игровой индустрии в первые дни, но теперь они используются в областях медицины и образования. [116]
Гарнитуры виртуальной реальности, такие как Oculus Rift , HTC Vive и Google Daydream View, нацелены на создание более захватывающего опыта использования медиа, либо имитируя опыт от первого лица, либо отображая медиа в полном поле зрения пользователя. Для этих устройств были разработаны телевидение, фильмы, видеоигры и образовательные симуляторы, которые будут использоваться работающими профессионалами и потребителями. На выставке 2014 года Эд Танг из Avegant представил свои «Умные наушники». Эти наушники используют виртуальный ретинальный дисплей для улучшения опыта использования Oculus Rift. [117] Некоторые устройства дополненной реальности попадают в категорию носимых устройств. Очки дополненной реальности в настоящее время разрабатываются несколькими корпорациями. [ 118] Очки Snap Inc. — это солнцезащитные очки, которые записывают видео с точки зрения пользователя и соединяются с телефоном для публикации видео в Snapchat . [119] Microsoft также углубилась в этот бизнес, выпустив очки дополненной реальности HoloLens в 2017 году. Устройство исследует использование цифровой голографии или голограмм, чтобы дать пользователю непосредственный опыт дополненной реальности. [120] Эти носимые гарнитуры используются во многих различных областях, включая военную сферу.
Носимые технологии также расширились от небольших технологических деталей на запястье до одежды по всему телу. Есть обувь, произведенная компанией shiftwear, которая использует приложение для смартфона, чтобы периодически менять дизайн на дисплее обуви. [121] Обувь разработана с использованием обычной ткани, но использует дисплей вдоль средней части и сзади, который показывает дизайн по вашему выбору. Приложение было выпущено в 2016 году, а прототип обуви был создан в 2017 году. [121]
Другой пример этого можно увидеть в динамиках наушников Atari. Atari и Audiowear разрабатывают лицевую крышку со встроенными динамиками. Крышка будет иметь динамики, встроенные в нижнюю часть козырька, и будет иметь возможности Bluetooth. [122] Jabra выпустила наушники-вкладыши, [123] в 2018 году, которые подавляют шум вокруг пользователя и могут переключать настройку под названием «hearthrough». Эта настройка пропускает звук вокруг пользователя через микрофон и отправляет его пользователю. Это дает пользователю дополненный звук во время поездок на работу, чтобы он мог слышать свое окружение, слушая любимую музыку. Многие другие устройства можно считать носимыми развлекательными устройствами, и для использования мультимедиа достаточно того, чтобы их носил пользователь.
Игровая индустрия всегда внедряла новые технологии. Первой технологией, использованной для электронных игр, был контроллер для Pong . Способ игры пользователей непрерывно развивался на протяжении каждого десятилетия. В настоящее время две наиболее распространенные формы игр — это либо использование контроллера для игровых консолей , либо мышь и клавиатура для игр на ПК .
В 2012 году наушники виртуальной реальности были вновь представлены публике. Гарнитуры виртуальной реальности были впервые концептуализированы в 1950-х годах и официально созданы в 1960-х годах. [124] Создание первой гарнитуры виртуальной реальности можно отнести к кинематографисту Мортону Хейлигу. Он создал устройство, известное как Sensorama, в 1962 году. [125] Sensorama было устройством, похожим на видеоигру, которое было настолько тяжелым, что его нужно было удерживать с помощью подвесного устройства. [126] В игровой индустрии было множество различных носимых технологий от перчаток до подножек. В игровой сфере есть необычные изобретения. В 2016 году Sony дебютировала со своей первой портативной подключаемой гарнитурой виртуальной реальности под кодовым названием Project Morpheus. [127] Устройство было переименовано в PlayStation в 2018 году . [128] В начале 2019 года Microsoft дебютирует со своей HoloLens 2 , которая выходит за рамки просто виртуальной реальности и превращается в гарнитуру смешанной реальности. Их основное внимание уделяется использованию в основном рабочим классом для помощи в выполнении сложных задач. [129] Эти гарнитуры используются педагогами, учеными, инженерами, военными, хирургами и многими другими. Такие гарнитуры, как HoloLens 2, позволяют пользователю видеть проецируемое изображение под разными углами и взаимодействовать с изображением. Это помогает дать пользователю практический опыт, который в противном случае он не смог бы получить.
Носимые технологии в военных целях применяются в образовательных целях, на учениях и в технологиях устойчивого развития. [130]
Технологии, используемые в образовательных целях в армии, в основном представляют собой носимые устройства, отслеживающие жизненные показатели солдата. Отслеживая сердечный ритм солдата, артериальное давление, эмоциональное состояние и т. д., группа исследований и разработок может наилучшим образом помогать солдатам. По словам химика Мэтта Коппока, он начал повышать смертоносность солдата, собирая различные биораспознающие рецепторы. Таким образом, он устранит возникающие экологические угрозы для солдат. [131]
С появлением виртуальной реальности вполне естественно начать создавать симуляции с использованием VR. Это лучше подготовит пользователя к любой ситуации, к которой он тренируется. В армии есть боевые симуляции, на которых будут тренироваться солдаты. Причина, по которой армия будет использовать VR для обучения своих солдат, заключается в том, что это самый интерактивный/погружающий опыт, который пользователь будет испытывать, не попадая в реальную ситуацию. [132] Недавние симуляции включают солдата, надевающего шоковый пояс во время боевой симуляции. Каждый раз, когда в него стреляют, пояс будет выпускать определенное количество электричества непосредственно на кожу пользователя. Это должно имитировать огнестрельное ранение максимально гуманным способом. [132]
Существует множество технологий устойчивости, которые военные носят в полевых условиях. Одной из них является вкладыш в ботинок. Этот вкладыш измеряет, как солдаты переносят вес своего снаряжения и как ежедневные факторы рельефа влияют на оптимизацию панорамирования миссии. [133] Эти датчики не только помогут военным спланировать наилучший график, но и помогут поддерживать солдат в наилучшем физическом/психическом состоянии.
Модные носимые устройства — это «разработанные предметы одежды и аксессуары, которые сочетают в себе эстетику и стиль с функциональной технологией». [134] Одежда — это интерфейс к внешнему виду, опосредованный цифровыми технологиями. Она предоставляет бесконечные возможности для динамической настройки одежды. Вся одежда имеет социальные, психологические и физические функции. Однако с использованием технологий эти функции могут быть усилены. Есть некоторые носимые устройства, которые называются электронным текстилем. Это комбинация текстиля (ткани) и электронных компонентов для создания носимых технологий внутри одежды. [135] Они также известны как умный текстиль и цифровой текстиль.
Носимые устройства изготавливаются с точки зрения функциональности или эстетики. При создании с точки зрения функциональности дизайнеры и инженеры создают носимые устройства, которые обеспечивают удобство для пользователя. Одежда и аксессуары используются в качестве инструмента для оказания помощи пользователю. Дизайнеры и инженеры работают вместе, чтобы внедрить технологии в производство одежды, чтобы обеспечить функциональность, которая может упростить жизнь пользователя. Например, с помощью умных часов люди могут общаться на ходу и следить за своим здоровьем. Более того, умные ткани напрямую взаимодействуют с пользователем, поскольку позволяют считывать движения клиентов. Это помогает решать такие проблемы, как конфиденциальность , общение и благополучие. Много лет назад модные носимые устройства были функциональными, но не очень эстетичными. С 2018 года носимые устройства быстро растут, чтобы соответствовать стандартам моды за счет производства стильной и удобной одежды. Кроме того, когда носимые устройства изготавливаются с точки зрения эстетики, дизайнеры исследуют в своей работе использование технологий и сотрудничество с инженерами. Эти дизайнеры изучают различные методы и приемы, доступные для включения электроники в свои проекты. Они не ограничены одним набором материалов или цветов, поскольку они могут меняться в ответ на встроенные в одежду датчики. Они могут решать, как их дизайн адаптируется и реагирует на пользователя. [6]
В 1967 году французский модельер Пьер Карден, известный своими футуристическими дизайнами, создал коллекцию одежды под названием «robe electronicique», которая представляла собой геометрический вышитый узор со светодиодами (светоизлучающими диодами). Уникальные дизайны Пьера Кардена были представлены в эпизоде анимационного шоу Jetsons, где одна из главных героинь демонстрирует, как работает ее светящееся платье «Pierre Martian» [136] , подключая его к сети. Недавно в Бруклинском музее в Нью-Йорке [137] прошла выставка, посвященная творчеству Пьера Кардена.
В 1968 году в Музее современного ремесла в Нью-Йорке прошла выставка под названием Body Covering, на которой было представлено слияние технологических носимых устройств с модой. Среди представленных проектов были одежда, которая меняла температуру, и вечерние платья, которые светились и издавали звуки, среди прочего. Дизайнеры этой выставки креативно встраивали электронику в одежду и аксессуары, чтобы создать эти проекты. По состоянию на 2018 год модельеры продолжают исследовать этот метод в производстве своих дизайнов, раздвигая границы моды и технологий. [6]
McLear, также известный как NFC Ring, в партнерстве с House of Henry Holland и Visa Europe Collab представили мероприятие под названием «Cashless on the Catwalk» в Collins Music Hall в Ислингтоне. Знаменитости, проходящие по мероприятию, могли впервые в истории совершать покупки с помощью носимого устройства с помощью колец McLear NFC Rings, приложив кольцо к платежному терминалу. [138]
CuteCircuit стала пионером концепции интерактивной и управляемой приложением моды, создав в 2008 году платье Galaxy Dress (часть постоянной коллекции Музея науки и промышленности в Чикаго, США) и в 2012 году tshirtOS (теперь infinitshirt). Модные модели CuteCircuit могут взаимодействовать и менять цвет, предоставляя владельцу новый способ общения и выражения своей индивидуальности и стиля. Модели CuteCircuit носили на красной дорожке такие знаменитости, как Кэти Перри [23] и Николь Шерзингер [24] , и они являются частью постоянной коллекции Музея изящных искусств в Бостоне.
Project Jacquard, проект Google под руководством Ивана Пупырева, объединяет одежду с технологиями. [139] Google сотрудничал с Levi Strauss , чтобы создать куртку с сенсорными областями, которые могут управлять смартфоном. Запонки съемные и заряжаются через порт USB. [140]
Intel объединилась с брендом Chromat для создания спортивного бюстгальтера, который реагирует на изменения в теле пользователя, а также платья из углеродного волокна, напечатанного на 3D-принтере, которое меняет цвет в зависимости от уровня адреналина у пользователя. [141] Intel также объединилась с Google и TAG Heuer для создания умных часов. [142]
Умные ткани и 3D-печать были внедрены в высокую моду дизайнером Айрис ван Херпен . Ван Херпен была первым дизайнером, внедрившим технологию 3D-печати быстрого прототипирования в индустрию моды. [143] Бельгийская компания Materialise NV сотрудничает с ней в печати ее дизайнов.
Существует несколько методов, с помощью которых компании производят электронный текстиль от волокна до одежды и встраивают электронику в процесс. Один из разрабатываемых методов заключается в том, что растягивающиеся схемы печатаются прямо на ткани с использованием проводящих чернил. [144] Проводящие чернила используют металлические фрагменты в чернилах, чтобы стать электропроводящими. Другой метод заключается в использовании проводящей нити или пряжи. Эта разработка включает покрытие непроводящего волокна (например, полиэстер ПЭТ) проводящим материалом, таким как металл, например, золото или серебро, для производства покрытых нитей или для производства электронного текстиля. [145]
Распространенные технологии изготовления электронного текстиля включают следующие традиционные методы:
FDA разработало руководство для устройств с низким уровнем риска, в котором говорится, что персональные носимые устройства для здоровья являются общими продуктами для оздоровления, если они собирают только данные о контроле веса, физической форме, релаксации или управлении стрессом, остроте ума, самооценке, управлении сном или сексуальной функции. [ 147] Это было связано с рисками для конфиденциальности, которые окружали устройства. Поскольку все больше и больше устройств использовались и совершенствовались, достаточно скоро эти устройства смогут определить, проявляет ли человек определенные проблемы со здоровьем, и дать курс действий. С ростом потребления этих устройств FDA разработало это руководство, чтобы снизить риск для пациента в случае, если приложение не работает должным образом. [148] Также утверждается, что это этичное, потому что, хотя они помогают отслеживать здоровье и способствуют независимости, все еще происходит вторжение в личную жизнь, которое следует за получением информации. Это связано с огромными объемами данных, которые необходимо передать, что может вызвать проблемы как у пользователя, так и у компаний, если третья сторона получит доступ к этим данным. Была проблема с Google Glass , которые использовались хирургами для отслеживания жизненных показателей пациента, где были проблемы с конфиденциальностью, связанные с использованием третьей стороной несогласованной информации. Проблема согласия также касается носимых технологий, поскольку они дают возможность записывать, и это проблема, когда разрешение не спрашивают, когда человека записывают. [149] [150]
По сравнению со смартфонами носимые устройства создают несколько новых проблем надежности для производителей устройств и разработчиков программного обеспечения. Ограниченная площадь дисплея, ограниченная вычислительная мощность, ограниченная энергозависимая и энергонезависимая память, нетрадиционная форма устройств, обилие данных датчиков, сложные схемы связи приложений и ограниченный размер батареи — все эти факторы могут способствовать появлению существенных ошибок программного обеспечения и режимов сбоев, таких как нехватка ресурсов или зависание устройства. [5] Более того, поскольку многие носимые устройства используются в медицинских целях [2] [12] (либо для мониторинга, либо для лечения), их проблемы с точностью и надежностью могут вызывать опасения по поводу безопасности. Были разработаны некоторые инструменты для оценки надежности и свойств безопасности этих носимых устройств. [151] Первые результаты указывают на слабое место носимого программного обеспечения, при котором перегрузка устройств, например, из-за высокой активности пользовательского интерфейса, может приводить к сбоям. [152]