![穿戴式科技的概念與運作原理](https://www.sportscience.com.tw/data/image/article/85/f0/07/f8/4267b96de3358aa17b70e40.jpg?v=1721226967)
穿戴式科技長期以來已應用於醫療、運動、娛樂、紡織和國防工業等各種領域,由於感測科技和互聯網技術的進步,穿戴式科技已經成為日常生活中經常使用的設備;而透過即時數據分析來追蹤運動表現日益重要,在專業、業餘與休閒等不同領域的運動員都需要透過穿戴式科技的數據監控來提高訓練效率和減少傷害。2023年一篇學術文章整理出穿戴式科技的組成結構以及它的運作原理,許多研究對穿戴式裝置的概念提出了定義,說明穿戴式科技是一個跨學科領域,涉及工程、醫療、和運動等學科。以智慧手錶來說,它涵蓋了直接穿戴在人體的非侵入式感測器,可以直接配戴在身上,用於監測健康狀況;智慧紡織品也是另一種穿戴科技的形式,具有各種整合式電子元件的織物,且須滿足舒適、輕盈、隔熱、透氣等技術。穿戴式科技通常包含感測器、處理單元、通訊單元及電源。
穿戴式科技的硬體及軟體
穿戴式科技的核心由感測器 (sensors)、處理器 (processing)及網路 (network) 組成,感測器和處理器,包含在電子硬體上進行的所有資料蒐集及邊緣演算;網路層則主要涵蓋各種外部設備、雲端計算和通訊協定(圖一)。
感測器層: 透過各種方式從人體獲得的資訊傳輸到處理器,包括生理、生物力學、位置與環境條件感測器。
- 生理數據包含源自人體內發生過程的訊息,是了解個人健康、表現或整體狀況的來源 (如: 肌電圖、心電圖與血壓感測器)。
- 生物力學數據涉及生物系統施力和受力及對人體的影響 (如:慣性感測器、測力板與肌電)。
- 位置數據是用於追蹤運動員的位置變化和動作 (如:局部定位系統、全球導航衛星系統)。
- 穿戴式科技上的環境條件感測器是測量環境影響的感測器 (如:空氣品質、濕度與溫度)。
處理器層: 當中的微控制器或處理器在記憶體、處理能力和操作時間方面具有相對較低的能力,邊緣運算只能使用第二層以下的硬體來執行。
- 記憶體影響處理單元的儲存容量、資料存取速度和功耗。
- 功耗取決於電子設備的效率和設備中的處理量,功耗也決定了電池壽命、散熱和處理單元的尺寸。
- 尺寸參數衡量硬體單元的物理尺寸,它影響穿戴式科技的便攜性、耐磨性和美觀性。
根據處理能力、功耗、尺寸和功能可分為三個不同等級:低階微控制器、進階或支援機器學習的微控制器和單板電腦,處理能力決定了可以執行的任務的類型和複雜性。
網路層: 由於裝置的功率和尺寸限制,處理能力會受到限制,因此,如果需要更複雜的資料輸出,則獲得的資料可以透過藍牙、Wi-Fi、Zigbee等無線通訊方式傳輸到有更高處理能力的設備進行雲端計算 (如:智慧手機)。
在整理了先前的研究後,穿戴式科技具有多樣的感測器結構和功能,透過不同感測器的特性和工作原理,我們能夠輕鬆的即時獲取所需的運動數據並監控運動狀態。這些穿戴式裝置的特點包括體積小、方便攜帶且可以直接穿戴在身體上,透過藍芽等傳輸方式,可以在運動過程中獲得即時數據與反饋,有助於提高運動效果和安全性。
Seçkin, A. Ç., Ateş, B., & Seçkin, M. (2023). Review on wearable technology in sports: concepts, challenges and opportunities. Applied Sciences, 13(18), 10399.
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