穿戴式功能性產品與應用

相子元、石又
2014-03-30

隨著感測技術的日新月異,許多應用在運動健康科學的產品也越來越推陳出新,如內建微控制器(micro-controller)的球鞋、可裝置單軸加速規模組於運動鞋中底的無線傳輸技術、以三軸加速規為量測單元的長時間身體活動記錄型、無需使用胸帶的不同技術心率量測器等等產品,以下分別介紹其相關產品與應用特性:

運動鞋最強調的就是提供地面緩衝功能,以保護人體避免於運動中產生傷害,然而當我們於運動時可能會經過不同的運動表面,而承受的地面衝擊也會不一樣,如何提供每一步之最佳緩衝是個一直困擾著運動鞋廠的問題。Adidas 公司所推出的智慧跑鞋:Adidas 1是最接近這個問題解答的一項產品,其利用感測器偵測鞋底壓縮量之大小,透過微控制器進行即時運算(real-time processing),回饋式調整鞋底之緩衝係數,同一雙跑鞋可因應運動者個人體重、奔跑速度及不同軟硬度接觸面環境,適應不同衝擊強度之運動(如圖1)。

 

穿戴式功能性產品與應用

圖1:Adidas 1鞋底結構分解圖 (www.adidas.com)

 

身為運動產品龍頭之NIKE提出了 NIKE plus系列,利用跑鞋中底 (midsole) 放置加速度感測器,以跑步時站立期加速度為零的時間長短,計算出跑步速度,並記錄運動時間與消耗卡路里等等運動訊息,並透過無線傳輸於MP3或手機上呈現即時數據(如圖2),並且可以透過語音即時提供跑者關於距離、時間、步幅、熱量消耗等訊息。運動後則可以透過個人電腦上傳跑步資訊,除了看到自己的記錄,也可以看到全球慢跑同好分享之資訊,網站也不定期舉辦族群競賽,例如網站使用者男性與女性之間跑步距離的比賽,或是各國家跑步次數之競賽,將原本慢跑這項單人運動發展成為團體類可互動的運動,大大提升運動參與動機。

穿戴式功能性產品與應用

圖2:Nike plus,中底可放置加速度感測器(www.nike.com)

 

美商ActiGraph產品GT3X+ Activity Monitor配置三軸加速規(如圖3),內建微處理器可作12-bit類比數位轉換,取樣頻率為30Hz-100Hz間(使用者可以10Hz為單位作調整設定),產品重為19克,大小為4.6公分×3.3公分×1.5公分,並有一公尺深達30分鐘之防水性,可長時間配戴使用(在30Hz取樣頻率下,內建512MB記憶體可記錄約40天的資料),其產品特性適合用來量測受測者日常生活活動狀態,並記錄步頻、能量消耗與活動強度等等參數。

穿戴式功能性產品與應用

圖3:GT3X+ Activity Monitor(www.theactigraph.com)

在運動與健康休閒市場已有許多廠商開發各式心率量測裝置,知名品牌如POLAR、SIGMA與ALATECH等等,目前以量測電極置放於胸帶型式之心率錶產品最為常見,其量測心跳之穩定度與準確性也最高。然而,胸帶式的量測方法在某些時候對於被量測者是較不方便的,許多不同技術的量測方法也因應而生(圖4、圖5),如將量測電極分別分置於錶面與錶背的手錶(PM18, Beurer Company, Germany),透過受測者兩手(免用胸帶),可偵測到心電脈衝;雙波長光學感測夾指型血氧計(Onyx Vantage 9590, Nonin Medical Inc., USA),可同時顯示心率與血氧濃度;利用單波長光學感測器,量測手指微血管搏動數之脈搏錶型裝置(Pulse Rate Monitor HR-40, Nihon Seimitsu Sokki Co., Ltd., Japan);同樣利用單波長光學感測器,以戒錶型產品量測手指微血管搏動數,還有iDOC品牌所出產的Pulse Plus。

穿戴式功能性產品與應用

圖4:左圖為PM18心率錶(www.beurer.com.tw),右圖為Onyx Vantage 9590血氧計(nonin.com)

穿戴式功能性產品與應用

圖5:左圖為Pulse Rate Monitor HR-40 (www.nissei-kk.co.jp),右圖為Pulse Plus(shopping.pchome.com.tw)

綜上所述,運動對於健康之重要性越來越受到現代人重視,感測技術應用於運動產品也逐漸被廠商發展推出,甚至於整合成遊戲,如新一代觀念所衍生的名詞:運動(Exercise)+遊戲(Game)+身體適能(Fitness)=Exergamefitness。相信在不久的將來,多樣化感測技術結合的運動健康產品,必將成為社會文明的一環,為人類帶來寶貴的『加值』,即活得健康且長壽。

 

 

相子元、石又   國立臺灣師範大學

 

 

 

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