Полное руководство по носимой электронике: технологии, тренды и применения

Что такое носимая технология?

С запуском Google очков дополненной реальности внимание к носимым устройствам выросло. Носимая электроника быстро завоевала значимость в потребительской электронике. Новый способ удовлетворения потребностей компаний и отраслей. Как обширная тема, носимые технологии дают низкозатратные чувствительные данные для обоснованных решений. Рынок быстро растет благодаря прогрессу в вычислительной технике и электронике.

1.1 Технологии в носимой электронике

Изменения начались с миниатюризации, поддержанной батареями, питанием, памятью, переносимостью. «Уменьшение компьютеров, дисплеев и прочего оборудования сделало „риги“ носимых компьютеров меньше и удобнее ранних версий» (Weiss, 1999). Со временем компании разработали чипы с миллиардами транзисторов — основа вычислений.

Следующий прорыв — датчики. Реагируют на изменения переменных среды точным выходом. Переменные: аудио (речь, музыка), визуальные (свет, цвет), механические (кнопки, клавиатуры).

1.2 Типы носимой электроники на рынке

Носимая электроника набирает популярность в потребительском секторе: фитнес/здоровье, связь, инновации. Таблица с видами и технологиями.

• Умные часы (Smart Watches) — не только время. Уведомления от смартфона: вызовы, сообщения, соцсети, почта.
• Фитнес-трекеры — непрерывный мониторинг пульса, подсчет шагов за период. Расчет сожженных калорий.
• Умная одежда (Smart Clothing) — электроника в ткани для моды и презентабельности.
• Умные украшения (Smart Jewelry) — часы-украшения для женщин, уведомления о вызовах/СМС/почте когда телефон далеко.
• Спортивные часы (Sport Watches) — для бега, плавания, велосипеда. GPS, скорость, пульс.
• Имплантируемая электроника — хирургическая имплантация под кожу. Медицинские показания: мониторинг инсулина, контрацепция.
• Головные дисплеи (Head-Mounted Display) — погружение в виртуальную реальность.

Область применения носимых технологий

Продуктовый и потребительский спектр расширяется: публичный и частный секторы инвестируют в инновации. Вовлеченные сферы:

• Телекоммуникации
• Робототехника
• Мода
• Здравоохранение
• Образование
• Развлечения
• Сельское хозяйство
• Финансы
• Спорт
• Потребительские товары
• Военная сфера
• Розничная торговля

Благодаря развитию компьютерной инженерии и электротехники, носимая электроника становится массовой быстрорастущей отраслью. Рынок может достичь $70 млрд за 10 лет. По мере прогресса электроники и вычислений, носимые аналоги пойдут по тому же пути. Высокая вероятность интеграции в повседневную жизнь потребителей → рост инвестиций компаний.

Ключевые вызовы проектирования PCB для носимой электроники

Умные и экономичные схемы PCB — ключ к успеху носимой электроники. Но проектирование PCB для носимых не так просто. Много факторов, не применимых к стандартной электронике. Вызовы делятся на телесные и технические.

1. Размер и форма

Главное отличие — размер. Нужно минимизировать размер с сохранением функционала — непростая задача. Форма должна соответствовать назначению.

2. Материал платы

Традиционные материалы не подходят. Нужны сложные, тонкие элементы: ткань, сетка, rigid-flex материалы. Требует профессионалов с соответствующей экспертизой.

3. Питание

Большинство носимых устройств питаются от батарей. Малый размер → малая батарея. Цель: минимизировать потребление при сохранении эффективности.

4. Связь

Растущий спрос на модули связи (Bluetooth, ИК, Wi-Fi). Размещение их на плате — вызов для носимых устройств.

5. Проектирование антенн

Человеческое тело эффективно рассеивает электрическую энергию → проектирование антенн для носимых сложно при близком контакте.

6. Влажность

Тело выделяет влагу, способную повредить электронику без специальных мер защиты.

Влияние носимой электроники на общество

Статистика:

• Оценка рынка: $6,3 млн (2010) → $5,1 млрд (2014) → прогноз >$12,6 млрд к 2018 г. Растущее принятие.
• 71% американцев: носимые технологии улучшили здоровье.
• 54% американцев и 46% британцев (Rackspace): носимые технологии повысили уверенность в себе.
• С 2009 г. стартапы носимой технологий привлекли до $500 млн инвестиций (источник: Shieber).

Исследование: датчики на бегунах. Данные за время помогли работать над слабыми зонами, улучшить бег.

Медицина: носимая электроника для мониторинга пациентов. Умные часы + сердечный монитор → постоянный контроль врачом, раннее обнаружение экстренных случаев.

Доступ к информации: XXI век — информационная эра. Необходимость быть подключенным к миру. Цель компаний — информация на кончиках пальцев потребителей.

Плюсы и минусы носимых технологий

Преимущества (Pros)

• Hands-free (свободные руки) — звонки/сообщения без рук. Вождение и звонок одновременно. Визуальная помощь.
• Удобство и переносимость — мгновенный доступ к информации, носят с собой доступные данные.
• Высокая точность — в медицине точные данные о здоровье пациента, мониторинг каждой детали. Точная диагностика симптомов, побочных эффектов.
• Повышенная эффективность — исследования показывают помощь в повышении эффективности персонала (врач диагностирует пациента).
• Повышенная продуктивность — из эффективности следует оптимизация рабочих процессов и рост продуктивности.
• Персонализированная информация — устройства хранят и выдают ценные данные в любой момент.
• Улучшенное принятие решений — факты и цифры о здоровье и жизни помогают решать.

Недостатки (Cons)

• Безопасность — электронные записи создают риски приватности, несанкционированный доступ к данным.
• Надежность приложений — надежность вызывает опасения, нужны улучшения в устройствах.
• Срок службы батареи — критический вызов. Большинство работают со смартфонами, требуют постоянной зарядки.
• Интеграция приложений — обновление/добавление функций — трудоемкий процесс, требующий профи.
• Емкость хранения — может быть недостаточно места для всех нужных данных.
• Отвлечение — полезны, но могут отвлекать сотрудников, прерывая продуктивность.

Заключение

Носимая электроника все доминирует в жизни потребителей. С новыми инновациями люди узнают, как эти устройства улучшают жизнь.

Проектирование PCB для носимых сложно для любого инженера — правила обычной электроники не всегда применимы. Инженеры и компании знают о трудностях и работают над их преодолением для создания правильных PCB под разные рыночные нужды.