原 書(shū) 前 言
近些年，我們見(jiàn)證了穿戴式技術(shù)的爆炸性發(fā)展。穿戴式設(shè)備本質(zhì)上是一個(gè)具有傳感、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和通信功能的小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。穿戴式設(shè)備可能還包括向用戶(hù)反饋的接口和功能。穿戴式設(shè)備的概念其實(shí)并不新穎，但這一領(lǐng)域確實(shí)正在快速發(fā)展，具體的原因我們將在下文詳述。
穿戴式設(shè)備的概念可以追溯到幾個(gè)世紀(jì)以前，懷表和手表就是典型的例子，當(dāng)時(shí)它們就十分流行，并且至今仍在使用。早可以穿戴的手表出現(xiàn)在16世紀(jì)，起初更多的是作為一種裝飾而不是用來(lái)查看時(shí)間的實(shí)用工具。這種穿戴式的機(jī)械設(shè)備逐漸從相當(dāng)笨重的服飾附屬品或脖子上的鏈子逐漸變成了可以放到口袋里或戴在手腕上的小物件。機(jī)械表技術(shù)的進(jìn)步得益于自動(dòng)上發(fā)條手表的發(fā)明，這是穿戴式設(shè)備供能的早期形式。手表也逐漸從機(jī)械設(shè)備發(fā)展為電動(dòng)機(jī)械式設(shè)備，再發(fā)展為電子設(shè)備，精度更高、功能更多，而成本更低。這一過(guò)程經(jīng)歷了近500年。在當(dāng)代，這一進(jìn)程的步伐急劇加速，如今，這一古老的穿戴式技術(shù)正在被一項(xiàng)不到50年歷史的技術(shù)所取代。
如今，手持式移動(dòng)電話(huà)廣泛流行，其起源于用于汽車(chē)的移動(dòng)電話(huà)技術(shù)。手持式移動(dòng)電話(huà)出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，早的商業(yè)化服務(wù)興起于20世紀(jì)80年代，而后快速席卷全球。這種新型設(shè)備為人們提供了即時(shí)通信，很快被人接受并且相當(dāng)成功。移動(dòng)電話(huà)和電子技術(shù)的協(xié)同發(fā)展促進(jìn)了設(shè)備持續(xù)的小型化，并使移動(dòng)電話(huà)真正成為穿戴式設(shè)備，進(jìn)入了數(shù)十億人們的口袋中并頻繁使用�，F(xiàn)代的智能手機(jī)具有計(jì)算機(jī)功能和即時(shí)通信功能，其性能和功能已經(jīng)超出了我們初對(duì)手機(jī)的定義。這些設(shè)備使我們與整個(gè)世界相連，管理我們的日常生活，通過(guò)圖片和視頻定格我們的記憶，為我們提供娛樂(lè)，并在其他許多方面為我們服務(wù)。智能手表的出現(xiàn)使得新舊技術(shù)相互融合，它將幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)戴在人們手腕上的設(shè)備與先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合，將智能手機(jī)的功能塞進(jìn)了小小的手表中。這些設(shè)備之間的邊界正在變得越來(lái)越模糊，許多人用手機(jī)查看時(shí)間，而有些人用手表打電話(huà)。
手表和移動(dòng)電話(huà)被不同文化、不同年齡、不同社會(huì)所接受，說(shuō)明穿戴式技術(shù)是我們生活的一個(gè)重要組成部分，并將與生活各方面的關(guān)系更密切。穿戴式設(shè)備具有其他方式所不具有的實(shí)用性和便利性，并使人類(lèi)的能力更強(qiáng)大�，F(xiàn)階段，穿戴式傳感器被作為初級(jí)的監(jiān)測(cè)裝置而廣受歡迎，但穿戴式設(shè)備的時(shí)代才剛剛來(lái)臨，它們將在個(gè)人健康、運(yùn)動(dòng)、康復(fù)、個(gè)人娛樂(lè)、社交和生活方式等諸多方面發(fā)揮巨大的作用。它們幫助我們隨時(shí)隨地與其他人聯(lián)系，追蹤人的運(yùn)動(dòng)狀況，或是監(jiān)測(cè)醫(yī)院中的患者，穿戴式技術(shù)的各種功能使我們生活得更加高效。
現(xiàn)代技術(shù)是當(dāng)前和未來(lái)幾代穿戴式設(shè)備的真正推動(dòng)者，穿戴式技術(shù)快速發(fā)展的原因可歸結(jié)為以下5個(gè)方面：
1）傳感器：微機(jī)電系統(tǒng)（micro-elecro mechanical system，MEMS）和納米技術(shù)的進(jìn)步使得傳感器越做越小，越做越便宜，人們可以穿戴檢測(cè)人體參數(shù)或信號(hào)的電子、機(jī)械、光學(xué)、化學(xué)和其他傳感器。
2）存儲(chǔ)：傳感器采集的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行存儲(chǔ)，尤其是當(dāng)通信并不是實(shí)時(shí)連接時(shí)。固態(tài)存儲(chǔ)的進(jìn)展為穿戴式設(shè)備的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)打開(kāi)了一扇大門(mén)。
3）計(jì)算：嵌入式處理器計(jì)算能力的快速增長(zhǎng)、耗電量的減少和體積的縮小使得電池供電的穿戴式設(shè)備可以進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理和模式識(shí)別。機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)為我們提供了一種嶄新、前所未有的功能，即對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的模式識(shí)別并判斷關(guān)注的事件（例如老年人是否摔倒），并對(duì)此類(lèi)事件采取行動(dòng)或提供實(shí)時(shí)反饋。
4）通信：高速無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)允許在全世界范圍內(nèi)的即時(shí)信息傳輸，并允許數(shù)據(jù)在云端處理。來(lái)自穿戴式設(shè)備的數(shù)據(jù)可以在瞬間傳輸?shù)绞澜绲娜魏我粋�(gè)角落。通信信道能傳輸傳感器數(shù)據(jù)或是設(shè)備產(chǎn)生的信息與警報(bào)。
5）接口：現(xiàn)代化的接口技術(shù)已經(jīng)不再局限于LED和顯示器技術(shù)，可以將傳感器數(shù)據(jù)處理的結(jié)果以有趣、簡(jiǎn)單易懂的方式展現(xiàn)給用戶(hù)，用戶(hù)不需要先進(jìn)的知識(shí)和技術(shù)，而是通過(guò)觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)進(jìn)行交互。
各種基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步互相促進(jìn)，使得穿戴式技術(shù)不斷進(jìn)步：電子設(shè)備的小型化、材料科學(xué)的進(jìn)步催生了智能紡織品和柔性電子設(shè)備的出現(xiàn)，以及電池技術(shù)、能量收集技術(shù)的進(jìn)步等。
總的來(lái)說(shuō)，穿戴式技術(shù)是人類(lèi)與技術(shù)交互的一個(gè)縮影，其涉及諸多領(lǐng)域，需要許多原本完全脫節(jié)、互不相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，這些科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)期刊通常也不會(huì)相互影響。有多少電子工程師學(xué)過(guò)紡織物技術(shù)課程？有多少行為學(xué)家研究過(guò)傳感器？本書(shū)試圖呈現(xiàn)一個(gè)整體的觀點(diǎn)，從不同領(lǐng)域解讀傳感器技術(shù)的各個(gè)方面。盡管不能包羅一切，但本書(shū)分為7個(gè)部分，將傳感器技術(shù)的一些關(guān)鍵方面呈現(xiàn)給讀者。每個(gè)部分的章節(jié)都由世界上該領(lǐng)域優(yōu)秀的專(zhuān)家撰寫(xiě)，展示他們獨(dú)特的觀點(diǎn)。
第1部分穿戴式設(shè)備設(shè)計(jì)與用戶(hù)界面介紹了傳感器的世界，討論促進(jìn)穿戴式系統(tǒng)發(fā)展的主要應(yīng)用，穿戴式設(shè)備的社會(huì)接受度、實(shí)用性和便利性。
第2部分穿戴式設(shè)備傳感器的基本原理重點(diǎn)介紹傳感器技術(shù)的各個(gè)方面，生理監(jiān)護(hù)、慣性、生物、化學(xué)以及光、熱傳感器等。這一部分概述了穿戴式設(shè)備中使用的各種傳感器的基本原理。
第3部分智能織物和柔性電子介紹了智能織物生產(chǎn)中的兩種關(guān)鍵