可穿戴设备研究热点及趋势分析

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1 研究背景

可穿戴设备是指能够延续性地穿戴在个人用户身体上，或能整合到个人用户的衣服、饰件中，并具备数据采集、处理、交互等能力的便携式电子设备[1]。与传统电子设备相比，可穿戴设备的便携性和交互性更好，可以实时监测、收集数据和与平台软件相结合，获得更有价值的信息。

2012 年谷歌公司发布智能眼镜原型，引起了业界关注，此后可穿戴设备开始不断更新和完善[2]，消费者对可穿戴设备的认知也由此开始。“互联网女皇”玛丽·米克尔(Mary Meeker)将2013年定为可穿戴设备元年，国际IT巨头将可穿戴设备视为未来竞争的制高点，纷纷涉足可穿戴设备研究领域。如谷歌在开发出谷歌眼镜后又推出了Android Wear操作系统，以健全可穿戴设备开发体系；苹果公司推出了Apple Watch系列产品；三星公司也推出了智能手表Galaxy Gear等备受瞩目的可穿戴设备，率先抢占市场[3]。业内分析师预计，到2017年，可穿戴计算设备的出货量将从2013年的1 500万部增长到7 000万部。从发展趋势来看，可穿戴计算设备或将颠覆智能手机应用，迎来一个全新的时代[4]。

2 可穿戴设备的研究热点及趋势分析

选用Web of Science数据库，通过关键词(TS= “Wearable device”)检索相关文献(检索时间为2017年6月1日，数据限定年限是2008-2016年)，进行文献计量分析，并结合文献调研方法探讨可穿戴设备的研究热点及趋势。相关数据导入Thomson Data Analyzer(TDA)软件进行数据清洗和分析，再用可视化分析软件进行可视化表达。TDA是美国Thomson公司开发的具有强大分析功能的文本挖掘软件，可对文本数据进行多角度的数据挖掘和可视化全景分析[5]。VOSviewer是一款用来构建和查看文献计量图谱的文献计量分析软件，是基于文献的共引和共被引原理的绘制各知识领域科学图谱、分析功能全面、可视化效果优于其他同类的分析软件[6]。

2.1 可穿戴设备研究论文的年代累计分布

自2008年以来，可穿戴医疗设备研究论文数量呈持续上升趋势。截至2016年底，全球可穿戴设备领域累计发表2 556篇论文，说明可穿戴设备作为新的研究热点已经引起研究机构、研究人员的重视。作为未来的新兴技术，可穿戴设备必将成为下一个物联网的发展趋势[7]。

2.2 可穿戴设备研究论文的地区分布

从全球分布来看，可穿戴设备研究主要集中于美洲、亚洲及欧洲3个地区。这3个地区属于全球可穿戴设备基础研究的核心地区，以美国、韩国、中国、日本及英国为主要代表。共现分析的方法论基础是心理学的邻近联系法则和知识结构及映射原则。根据该法则，两词间的联系可以用同时感知到两词的相对频率衡量[8]。通过国家之间的共现分析，可得到各国间的联系程度及影响力。

中心度是社会网络分析方法的主要指标之一，它既可反映行动者在网络中所处的位置，又可在一定程度上反映行动者的地位和权利。中心度值越高，与该行动者相关联的人越多，在网络中所处的位置就越核心[9]。

利用Ucinet软件进行中心度分析，结果显示，美国、中国和韩国的中心度值都比较高，均处于网络中心地带的核心地位，带动着整个研究网络的交流合作。

美国、中国和韩国呈三角位于网络图的核心，其发文数量高，且彼此间联系紧密，与其他国家都存在合作关系，有一定的国际影响力。

美国是可穿戴设备思想的发源国，早在20世纪60年就提出了可穿戴设备的雏形，其最具代表性的可穿戴设备当属谷歌与苹果公司的产品，如Google Glass、Apple Watch等[10]。在可穿戴设备研发方面，美国强调个性化[11]。

韩国电子产业作为韩国的支柱产业，可穿戴设备的发展势头强劲，尤其注重可穿戴技术研发创新，其代表性的可穿戴设备为三星公司旗下的智能手表Galaxy Gear 2/Fit/Neo及自主研发的曲面屏智能手表Gear S。韩国正致力于提升可穿戴设备芯片、存储、屏幕等核心竞争力技术方面的研发能力和垂直整合能力[12]。

我国也在积极推动可穿戴设备产业发展，加大资金支持和项目研发[13]。小米、华为等企业通过推出智能手表、健康配件等产品逐步加入可穿戴设备领域，其产品功能主要分布在运动健身、医疗健康领域。但在产品的核心竞争力、配套产业链、生产主体及应用程度等方面，与美国、韩国有较大差距[14]。

2.3 当前可穿戴设备领域研究热点

共词分析是文献计量学常用的研究方法，可以发现科学领域的学科结构[15]。首先将待研究文献导入TDA，选择TDA中“Keywords”字段进行分析，得到可穿戴设备研究领域高频关键词(部分)(表1)；然后利用TDA形成共词矩阵后导入Ucinet软件进行初步可视化处理；最后将初步生成的可视化数据导入VOSviewer软件中进行聚类分析，得到研究热点可视化图。

表1 可穿戴设备研究文献的高频关键词(部分)

在进行实际聚类分析的时侯，删除“Devices”“System”“Wearable Devices”等部分不能表示聚类结果的词，并严格地按照软件给予的3类关键词簇进行解读。结合表1和生成的研究热点可视化图，综合考虑各个关键词之间的联系和对每一簇的归纳及解读，初步发现目前可穿戴设备领域主要有3个研究热点。

一是以“Design”(设计)和“Fabrication”(制造)等关键词为主的聚类群，代表可穿戴设备的设计理念。一个电子产品的成功与其外形设计密不可分，简约、美观的设计是每个电子产业公司的必要考虑条件。随着电子信息技术的不断进步及人们需求的转变，可穿戴设备在未来的发展形态将会朝着更加轻便快捷的方向转变[16]。

二是以“Sensors”(传感器)和“Performance”(性能)等关键词为主的聚类群，代表可穿戴设备的技术性能。目前用于可穿戴式设备的传感器主要有运动感知类、环境感知类和生理参数检测类传感器等[17]。传感器的主要功能是将数据输入到可穿戴设备中去，是后续数据处理、反馈的前提。当前大多数可穿戴设备的主要发展思路是集成化设计，多种功能堆砌到一起，但功能较为单一。若应用于医疗健康领域，传统的、单一的传感器技术及其功能分析并不能使用户得到专业的医疗诊断，因此研究复合新型传感器和提高可穿戴设备的性能是未来的发展方向。

三是以“Films(薄膜)”、“carbon nanotubes”(碳纳米管)、“Graphene”(石墨烯)、“electrodes”(电极)等关键词为主的聚类群，代表可穿戴设备的能源储存装置。可穿戴设备作为可随身携带的电子产品，能源储存装置的重要性不言而喻。超级电容器具有寿命长、高功率密度等特点，在现有的储能装置中具有极大的应用潜力。基于碳纳米管/ MnO2纳米管的混合多孔膜柔性超级电容器[18]、石墨烯和石墨烯泡沫(GF)已应用于超级电容器领域[19]。

2.4 可穿戴设备发展趋势

尽管目前可穿戴设备功能及技术有待完善，但从目前消费者对可穿戴设备的期许和需求来看，未来的可穿戴设备将会拥有一个庞大的消费市场，可穿戴设备技术无疑会快速发展。文献调研等方法发现，未来的发展趋势主要集中在以下几点。

一是独立运行系统。当前大多数可穿戴设备都以智能手机作为载体进行数据分析整合和反馈，存在较大的局限性和不便捷性。未来可穿戴设备要实现真正的便携性，必须要有独立的运行系统。

二是低耗续航高集成技术。主要包括低耗高集成的传感器技术和低耗高续航的高性能电池技术。未来可穿戴设备的高度便携性的设计理念将决定其低功耗、高集成、高续航的特点，是未来可穿戴设备的研究重点之一。

三是人机交互技术。当前人机交互技术所采用的交互方式有触觉交互、语音交互、动作交互以及新型交互模式——脑交互方式、眼球交互方式等[20]，可以更快捷更准确地传递人们的信息，不存在文化和地区之间的差异。随着可穿戴设备技术的不断发展，人们对可穿戴设备领域涉及的人机交互方式提出了人性化、智能化的需求。

四是大数据和云计算技术。可穿戴设备不仅要实时监测采集数据，还要对数据进行深度分析和给用户提供有价值的建议[21]。当前大多数可穿戴设备仍处在用户数据的简单收集和显示阶段，缺少大数据分析和专业深度分析[22]。利用大数据及云计算技术可以在数据分析的基础上进行专业深度分析，更有效地挖掘用户有价值的信息，提供个性化服务[23]。

3 小结

在未来的一段时间内，可穿戴设备的发展前景依然广阔。美国、韩国等电子科技强国将是可穿戴设备新技术的主要发源地，我国可穿戴设备产品的核心竞争力、配套产业链、生产主体及应用程度等方面与美国、韩国有较大差距。当前可穿戴设备的研究热点是产品的设计理念、传感器新技术以及能源储存装置技术，今后可穿戴设备的发展趋势主要是系统的独立性、低耗续航高集成技术、人机交互技术以及大数据以及云计算技术等。

可穿戴设备目前尚处于初步发展的阶段，其设计、功能和管理等方面还有许多问题需要解决。作为一种新兴技术，它必将成为下一个物联网的发展趋势，发展前景很好。随着科学技术的不断发展，可穿戴设备会更好地满足用户的需求，提供更为优质的服务。