無論是什么樣的可穿戴設(shè)備，都必須具備一個(gè)基本的組件，那就是傳感器。而作為感知信號(hào)的載體，這類設(shè)備的種類正在極大豐富起來。

傳感器在工業(yè)領(lǐng)域早已擁有悠久的應(yīng)用歷史，隨著智能手機(jī)開始大范圍普及，傳感器開始走入普通用戶的視線。我們常見的傳感器包括麥克風(fēng)、攝像頭、陀螺儀、電子羅盤、光線傳感器和GPS等等。這些傳感器已經(jīng)能夠給我們提供眾多的信息，如我們的位置、速度等等。但是新一代的智能可穿戴設(shè)備只有這些傳感器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。各種特殊類型的傳感器能夠帶來與眾不同的信號(hào)信息，而這些信息則能夠讓智能可穿戴設(shè)備提供很多前所未見的特性。而本文就將為大家一些與眾不同的傳感器，它們中有很多已經(jīng)應(yīng)用到了一些雛形的設(shè)備中，有些則還只是實(shí)驗(yàn)室的原型，但它們都可能會(huì)給智能可穿戴設(shè)備帶來新的未來。

接觸傳感器

肌肉傳感器

我們的大腦需要執(zhí)行一些動(dòng)作時(shí)，就會(huì)發(fā)信號(hào)給肌肉，而肌肉在進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)的強(qiáng)度要高于腦部的電信號(hào)，因此也比腦部信號(hào)更容易捕捉。這使得使用傳感器收集這些肌肉發(fā)出的電信號(hào)成為可能。手部是人類運(yùn)動(dòng)頻率最高的部位，從手的動(dòng)作中能夠分析出更多的信息。因此肌肉傳感器最先產(chǎn)品化的就是無線臂帶，如最近剛剛上市的MYO。這種傳感器通常需要成組使用，比如無線臂帶通常一圈都需要配備傳感器，因?yàn)橐粋€(gè)手指動(dòng)作往往會(huì)牽動(dòng)多組肌肉運(yùn)動(dòng)，因此傳感器需要綜合分析每塊肌肉的動(dòng)作，才能準(zhǔn)確判斷出用戶最終的手部動(dòng)作是什么。

皮膚傳感器

皮膚傳感器可以將人體皮膚的某個(gè)區(qū)域變成一個(gè)“觸摸屏”。這種傳感器所采用的技術(shù)類似波震動(dòng)傳導(dǎo)能量的原理，當(dāng)我們點(diǎn)擊身體的皮膚時(shí)，使用高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，并對(duì)拍攝的畫面進(jìn)行慢動(dòng)作回放，這時(shí)可以看到點(diǎn)擊皮膚的能量像水波一樣向周圍擴(kuò)散和傳導(dǎo)。而使用震動(dòng)傳感器分析這些皮膚震動(dòng)時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)擊手臂皮膚不同的位置時(shí)，返回的震動(dòng)波是不同的，通過特殊的算法進(jìn)行分析，即可對(duì)點(diǎn)擊的位置進(jìn)行定位，點(diǎn)擊位置間距超過10mm左右通常即可正確辨別。將該傳感器與投影機(jī)配合，我們就可以將身體的某個(gè)部位變成觸摸屏了。

壓力亮度傳感器

這種像薄膜一樣的傳感器由加州大學(xué)伯克利分校的研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)明，該團(tuán)隊(duì)制作了一種超薄的16×16像素的屏幕。

具體的制作過程是，在硅片之上固化一層塑料，然后再覆蓋一層電子元器件，再把塑料從硅基上剝離。最后的塑料膜的每一像素區(qū)內(nèi)會(huì)各含一個(gè)晶體管、一個(gè)LED 以及壓力傳感器。

只要觸摸到這種超薄屏幕，它就會(huì)發(fā)光。如果按壓力度再大一點(diǎn)則亮度還會(huì)加大。這種成本低廉的超薄傳感器有很多潛在應(yīng)用場(chǎng)景，例如用于交互式壁紙、用來包裹腕表或者做成創(chuàng)意紋身等。

紋身傳感器

紋身這個(gè)名詞似乎怎么也無法與傳感器扯上關(guān)系，事實(shí)上我們這里介紹的紋身傳感器也并不是特指某一種傳感器的類型，而是指一種傳感器安裝和使用的方式。紋身傳感器使用透明薄膜貼在皮膚上。它集成了各種傳感器，通過扁平的線圈從外界特定設(shè)備發(fā)射出來的磁場(chǎng)中獲取電力，并借助這些電能發(fā)送傳感器獲取到的數(shù)據(jù)信號(hào)。

體液傳感器

人體本身是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)體，汗液等分泌物可以傳達(dá)各種化學(xué)信息。目前使用這些化學(xué)信息的例子是Pixie Scientific公司的智能尿布，這種尿布背面有一個(gè)二維碼，二維碼的周圍一圈是尿液測(cè)試條，用于提取尿布吸收區(qū)域的尿液樣本。每當(dāng)嬰兒尿尿的時(shí)候，將會(huì)觸發(fā)該測(cè)試條，并使二維碼周圍的顏色發(fā)生變化。這樣就可以跟蹤嬰兒的健康狀況了。

心臟傳感器

斯坦福大學(xué)開發(fā)出了一種新型傳感器，可以大大提高心臟監(jiān)測(cè)的精度和實(shí)用性。它可以像一個(gè)創(chuàng)可貼一樣貼在手腕上。研究人員利用一種可壓縮的橡膠覆蓋薄膜“建成”了寬只有幾微米的微小金字塔形區(qū)域。施加壓力時(shí)，金字塔略有變形，這會(huì)導(dǎo)致在設(shè)備中的電磁場(chǎng)和電流的流動(dòng)發(fā)生可衡量的變化，而脈搏導(dǎo)致的皮膚微小變化剛好可以被其偵測(cè)到。

舌頭傳感器

嚴(yán)格來說，舌頭傳感器其實(shí)是一組光學(xué)傳感器，它們的工作原理與傳統(tǒng)手機(jī)上使用的光學(xué)傳感器十分類似，都是感應(yīng)前方光線的變化。所不同的是，舌頭傳感器通常至少是4個(gè)為一組，它們通過一個(gè)牙套被固定在口腔中（前后左右各一個(gè)）。傳感器通過配合工作來檢測(cè)舌頭到特定位置的距離，進(jìn)而可以將動(dòng)舌頭的行為翻譯成某種動(dòng)作意圖。

非接觸傳感器

深度傳感器

所謂深度傳感器其實(shí)就是能夠拍攝下物體3D信息的影像傳感器，例如目前大紅大紫的Kinect體感模塊中就包含了深度傳感器。利用這種傳感器我們能夠?qū)崿F(xiàn)很多交互功能，例如識(shí)別人的動(dòng)作、判斷人的身份信息等。但是Kinect由于是專為游戲機(jī)所設(shè)計(jì)，因此其深度傳感器的精度很差，且只適合獲取1m～3m范圍內(nèi)物體的信息。而微軟還在開發(fā)新一代的深度傳感器，它能在0.3m～0.5m的距離內(nèi)工作，能夠獲得大約640×480的高精度深度信息，這意味著我們可以坐在屏幕前揮舞雙手對(duì)PC進(jìn)行控制。而在體積上，新的深度信息攝像頭與目前普通的攝像頭尺寸相仿，在結(jié)構(gòu)上它也沒有采用過多的特殊部件。

激光傳感器

微軟亞洲研究院的研究員們?cè)_發(fā)出一種稱為移動(dòng)三維交互場(chǎng)的技術(shù)。這種技術(shù)利用了激光投影機(jī)的工作原理。激光投影機(jī)的成像方式類似傳統(tǒng)的CRT顯示器，它會(huì)逐行將要顯示的圖像投射到幕布上。將其與攝像頭配合使用，將可以得到激光掃描過的每一條線，當(dāng)投射區(qū)域中有物體時(shí)，線被阻斷的圖像就會(huì)被拍攝下來，通過將這些圖像進(jìn)行對(duì)比和拼接，即可獲得進(jìn)入投影區(qū)物體的大小、形狀甚至與攝像頭的距離。借助投影畫面和感應(yīng)信息，我們能實(shí)現(xiàn)很多有趣的應(yīng)用，如在投影區(qū)域中可以在不同高度的紙板上投影不同的內(nèi)容。

紅外線測(cè)距傳感器

已經(jīng)上市幾年的虛擬激光鍵盤就是激光傳感器應(yīng)用的典型案例。紅外線測(cè)距傳感器的工作原理就是打出一個(gè)紅外線光照平面，當(dāng)這個(gè)平面中有物體出現(xiàn)時(shí)，會(huì)遮擋這個(gè)平面的某個(gè)部分，進(jìn)而可以讓傳感器獲得物體的形狀與距離。例如虛擬激光鍵盤會(huì)投影出一個(gè)鍵盤區(qū)域，當(dāng)點(diǎn)擊區(qū)域中的某個(gè)按鍵時(shí)，與鍵盤區(qū)域平行的傳感器區(qū)域就可以判斷出手指的位置，并最終轉(zhuǎn)換成按鍵信息。

酒精傳感器

酒精傳感器是另外一個(gè)化學(xué)傳感器應(yīng)用的例子，這種傳感器能夠根據(jù)人呼出口氣中的化學(xué)成分來判斷其血液中的酒精濃度。原理上講它與交警們使用的查酒駕的設(shè)備工作原理類似。所不同的是這種設(shè)備的體積更小，可以集成到我們的智能手機(jī)等設(shè)備中，給出用戶酒精含量超標(biāo)的提示，或者與汽車鑰匙捆綁，禁止酒精含量超標(biāo)的車主啟動(dòng)車輛。

觸屏傳感器

這種傳感器由微型投影機(jī)和深度傳感器組合而成（例如Kinect）。這個(gè)組合可以擺放在任何一個(gè)平面前，比如架在我們的肩上，將內(nèi)容投射到我們的手掌上。深度信息傳感器能夠準(zhǔn)確地獲取我們面前平面的角度、尺寸和外輪廓。它可以將這些信息發(fā)送給投影機(jī)，并讓投影機(jī)調(diào)整投影畫面外形，使其能在這個(gè)平面上投出理想地的畫面。同時(shí)深度信息傳感器還能識(shí)別畫面中的各種物體動(dòng)作，比如兩指的開合。

輸出傳感器

隱形眼鏡傳感器

這同樣是一個(gè)輸出型的傳感器，目前有眾多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)在研究這種傳感器，例如韓國(guó)蔚山國(guó)家科學(xué)技術(shù)學(xué)院的研發(fā)人員開發(fā)出了透明、高導(dǎo)且具有彈性的石墨烯銀納米導(dǎo)線，可以有效地降低電阻（從每平方50Ω降低到每平方米33Ω），提高導(dǎo)電效率，而且透光度達(dá)到了94%。最終他們成功地在普通的軟性隱形眼鏡表層加入了發(fā)光二極管（LED），使隱形眼鏡也可以顯示圖像。當(dāng)然這種隱形眼鏡中只集成了發(fā)光模塊和線圈，隱形眼鏡的供電和顯示控制還需要通過無線的方式完成，例如帶一個(gè)眼鏡框，在眼鏡框上裝上無線供電線圈。

震動(dòng)網(wǎng)格傳感器

對(duì)于智能可穿戴設(shè)備而言，不僅需要獲取人們身上的各種信息，同時(shí)還要把信息輸出出來，除了顯示出來之外，最傳統(tǒng)的方法當(dāng)屬震動(dòng)提示了。而與智能手機(jī)和各種震動(dòng)腕帶所提供的簡(jiǎn)單震動(dòng)提示不同，震動(dòng)傳感器在組合成網(wǎng)格化的結(jié)構(gòu)后，還能傳達(dá)更多的信息。例如ARAIG馬甲在正面和背面分別排布著16個(gè)震動(dòng)傳感器，在手臂上共有8個(gè)傳感器，它們可以結(jié)合游戲的場(chǎng)景擠壓玩家的胸部和腹部肌肉，模擬出中彈的效果。類似地，為了給觸摸屏加入類似物理鍵盤的點(diǎn)擊感，有些技術(shù)開始嘗試在屏幕的4角加入震動(dòng)傳感器，借助它們的組合震動(dòng)模擬按鍵按下的感覺。

熱量供電傳感器

除了依靠壓力變化發(fā)電外，利用人體熱量同樣可以發(fā)電，例如有的熱電傳感器采用“塞貝克效應(yīng)”，借助人體與室溫的熱量差異，讓某些特定結(jié)構(gòu)的材料被加熱或者降溫而產(chǎn)生電能。一種典型的結(jié)構(gòu)材料是包含著聚合物膜的兩個(gè)半導(dǎo)體，當(dāng)它受熱時(shí)能夠產(chǎn)生電能。類似的思路還有華為公司設(shè)計(jì)的手機(jī)芯片中的一種傳感器，當(dāng)它吸收周圍處理器芯片散發(fā)出的熱量后，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生震蕩，而這種震蕩可以被轉(zhuǎn)換成電能。

壓力供電傳感器

傳感器未必都用來感知信息，它們甚至還會(huì)把人體變?yōu)槟芰刻峁┰?。英?guó)沃達(dá)豐手機(jī)公司和南安普敦大學(xué)合作研制了一種用于充電的傳感器，該傳感器采用壓力和熱電技術(shù)，它裝配有類似泡沫的鐵電駐極體材料，伴隨著穿著者的移動(dòng)，鐵電駐極體材料被擠壓而變形，從而開始采集人體動(dòng)能。這些泡沫類型的材料包含著許多孔隙，隨著孔隙體積的變化，其表面能夠充入電能。

維他命傳感器

嚴(yán)格地講，這個(gè)傳感器并不獲取信號(hào)，主要功能是對(duì)外發(fā)射信號(hào)。這個(gè)傳感器由摩托羅拉研發(fā)，外形類似一個(gè)維他命藥丸。當(dāng)有人把藥丸服下之后，胃酸就會(huì)作為電解液來給藥丸中的芯片供電。而芯片中的頻率開關(guān)會(huì)不斷向外發(fā)射18 bit的信號(hào)。這時(shí)整個(gè)人體實(shí)際上就變成了一個(gè)用于網(wǎng)絡(luò)銀行登錄的移動(dòng)證書（如U盾）。因?yàn)槿耸菍?dǎo)體，所以這個(gè)時(shí)候用戶只需要觸碰一下手機(jī)或者電腦，就可以將驗(yàn)證信息發(fā)送過去，賬號(hào)登錄的工作也就自動(dòng)完成了。