電子科技新旋風：電腦穿戴著走
94/09/06
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連崇志｜
臺灣大學電子工程學研究所
由於半導體技術與積體電路設計的不斷進步，在一個小小的晶片上，就可以有百萬甚至更多的電晶體，提供強大的運算能力，使原本必須由多個晶片組成的系統，可以在單一晶片上實現，讓電子產品越來越輕薄短小，功能卻越來越強、越多樣化。
早期真空管式的電腦需整整一間屋子才塞得下，但隨著技術的發展，後來的個人電腦、筆記型電腦以及口袋式的電腦逐步出現，並跟著我們到處移動，隨時服務人群。未來的穿戴式電腦，會以更自然且人性化的形式，融入我們的生活中，使生活更方便。
什麼是穿戴式電腦
請先打破你刻板的印象，不要急著把「電腦」一詞與桌上那個笨重的鐵殼劃上等號。英特爾總裁克雷格‧貝瑞特就曾在受訪中談到：「未來的PC不會是方方正正的，為了凸顯人性化的特質，PC會以各種形狀大小融入日常生活中，像『變色龍』一般成為周遭環境的一部分。」
桌上型電腦是擺在桌上使用的，手提式電腦則是讓我們可以帶到任何地方使用的。那穿戴式電腦呢？顧名思義，就是可以穿戴在身上的電腦。但不管是什麼電腦，其實共同的中樞都是晶片上的積體電路，只是外觀包裝不同而已。
穿戴式電腦的構想就是如果能夠在日常的衣物和配件中置入（嵌入）電腦晶片，那麼電腦就可穿戴著到處走了。我們的身上從頭到腳，除了衣服、褲子和鞋子，還會戴帽子、眼鏡、耳環、項鍊、手表、皮帶等配件，微小的晶片可以藏身在這些衣物中。依照所放置的部位，拓墣產業研究所把穿戴式電腦大略分成頭戴式、腕戴式、指戴式、穿著式、藏入式或別入式、以及嵌入人體式等6項。
試著發揮你的想像力：有一天你身上的配件在外觀上可能與今日無異，不過眼鏡上卻有顯示螢幕，項鍊裡有數位相機，耳環裡有MP3播放機，手表或鞋子裡有一個比當今電腦功能還強的處理器……這就是穿戴式電腦的願景。
為什麼發展穿戴式電腦
前面所描繪的穿戴式電腦時代，感覺有點科幻，但卻反應了人們對未來生活的一種嚮往與預測。目前電腦所帶來的便利我們都可以感受到，不過，攜帶式電腦總是不方便，因為體積太大、重量太重，而且鍵盤式的輸入，使用時還得找一張桌子等等，這都是以電腦為中心的思維，凡事要去配合電腦。
隨著電子科技的快速進步，半導體製程技術從微米進到奈米，加上多個晶片可以封裝在單一包裝中，以及把整個系統整合在單一微小晶片上的技術日益成熟，再搭配無線傳輸、影像感測、語音輸入等更為友善且智慧的介面，電腦將可以化身為各種輕薄短小的配件，直接穿戴在人們身上。
有了穿戴式電腦，可以輕鬆地隨處接收與處理資訊、收電子郵件、上網瀏覽、聆聽音樂、打電話等等。科技更人性化，無論走到何處，資訊帶著走，便利帶著走，我們的雙手可以空下來做更多的事情，以我們為中心，電腦隨時隨地服務我們。
穿戴式電腦技術的發展
穿戴式電腦並不是最近才出現的新名詞，自1997年國際電機電子工程師學會（IEEE）的電腦協會發起第1屆國際穿戴式電腦研討會，至2003年在美國紐約舉行的會議，已是堂堂邁入第7屆。來自各國的研究人員，像是美國麻省理工學院的媒體實驗室、美國喬治亞理工學院、瑞士聯邦理工學院蘇黎世分校與美國卡內基美隆大學等，都持續有許多研究成果與雛型的開發。
電子科技在強化及實現穿戴式電腦的夢想上，扮演關鍵的角色。穿戴式電腦需要整合許多不同的技術，像是積體電路、無線通訊、微感測器、輸出入介面、顯示技術、電源供應與智慧織品材料等。
半導體製程與積體電路設計是提供強有力信號處理晶片的技術。感測、運算與傳輸高度整合的晶片，具有高效能、低成本、低功率消耗的優點。在電力方面，如何提供較長久的電力，以及電源輕便化一直是關鍵的問題。除了晶片本身的超低功率設計，新的電力來源也是努力的方向，像是太陽能電池、燃料電池等，更有研究嘗試把人運動的動能，以及身體與環境的溫度差轉換成為晶片運作所需的電力。
在輸出入介面上，用語音、肢體動作，甚至有研究嘗試解讀人的腦波或神經傳導的電訊息，以取代鍵盤式的輸入。顯示器則朝高解析度微顯示器、可捲曲式顯示器等發展。
穿戴式電腦的應用發展
穿戴式電腦在國防、娛樂與健康監測等方面，都有發展的潛力。國防科技是最講求尖端技術的，未來戰場中的士兵，在傳統武器等重裝備之外，若再配備穿戴式電腦，就能維持輕巧靈活，真正增強科技戰力。美國國防部目前正在進行戰士可穿戴電腦的發展計畫，兼具無線通訊及定位功能，類似眼鏡的螢幕，在夜晚還可以變換成為夜視鏡。
在娛樂方面，以較寬鬆的角度來看，一些已經普及的產品，像是繫在手臂上的隨身聽、戴在耳上的藍芽耳機、掛在胸前的MP3播放機、大小與厚度如名片的數位相機等等，都是穿戴式電腦的初步樣貌。隨身的娛樂與通訊必定是最受歡迎的應用。
在健康監測方面，穿戴式電腦扮演類似貼身看護的角色。我們的身上可以裝置許多微型的感測器，用以接收人體各種生理數據，透過穿戴式電腦的計算與分析，即時提供各項資訊，甚至在必要時發出警訊。BodyMedia公司所製造的監視生理狀態的臂章，就是這類的應用。
在「電子衣」方面，市場上已陸續有一些產品公開。Levi's服飾和飛利浦公司共同合作，在2000年率先推出嵌有手機、耳機與MP3的夾克。2004年1月，國際半導體大廠英飛凌與歐洲歐尼爾服飾公司，也共同發表一種整合了MP3播放器、藍芽手機與耳機等數位電子產品於一身的滑雪夾克。
滑雪夾克內編織了導電纖維軌，纖維軌把晶片模組連結到一具纖維鍵盤與頭盔中的內建揚聲器，該晶片模組含有全功能的MP3播放器與一個藍芽模組，透過這個模組可以控制手機。當滑雪的人想打電話時，立體音響系統就如同收話器一樣，而麥克風則是整合在夾克的領子裡。隨後，英飛凌再與德國Rosner服飾公司於當年7月發表另一款適合日常穿著的電子夾克—mp3blue，這件產品也是以內建藍芽無線技術，由繡印在袖子上的按鍵控制MP3音樂播放器。
除了經由無線技術或紅外線傳輸，以及上述的電子衣來連結許多電子設備的想法外，微軟公司已在2004年6月取得一項利用人體做為能量管道和數據總線的專利。這項技術的構想是通過人體向各種可穿戴的電子產品傳輸數據及能量，透過人體電極連接，利用直流或交流脈衝訊號做為能源來推動。各種設備由不同頻率的脈衝訊號推動，例如甲設備以100赫玆脈衝訊號推動，乙設備以150赫玆脈衝訊號推動，數位資訊則可以經由調變的方式透過這些訊號傳輸。
展望與挑戰
因電子技術的持續快速發展，穿戴式電腦不再是遙不可及的夢想。目前穿戴式電腦仍有許多構想還在雛形的階段，距離「讓人幾乎沒有意識到電腦存在」的境界，仍有努力的空間。其他技術面的問題，像是電池與耗電的問題，電磁輻射的安全問題等等，也會是未來發展的關鍵。
穿戴式電腦是一項整合性的技術，儘管仍有許多挑戰，人們卻有源源不絕的創意。或許該擔心的是科幻小說的作者，他們得花更多心思去構想短期內真的做不到的科幻情節。
