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從可穿戴計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來(lái)看,早期的可穿戴計(jì)算機(jī)基本采用PC 開放構(gòu)架,用 COTS 器件或是定制主板電路,形成一種精簡(jiǎn) PC 形式的集中主機(jī)模式。隨著研究的深入,MIT 等大學(xué)提出了分布主機(jī)的硬件體系,采用的體系機(jī)構(gòu)也從PC 構(gòu)架拓展到以微控制器為基礎(chǔ)的非 PC 構(gòu)架,提出了“身體總線”和“身體網(wǎng)絡(luò)”等概念和技術(shù),這種技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可穿戴計(jì)算機(jī)更適合構(gòu)建以衣物為支撐的結(jié)構(gòu)。
可穿戴式計(jì)算機(jī)要求超微型、超輕型、結(jié)構(gòu)緊湊的主板。目前可以為可穿戴計(jì)算機(jī)所用的主板主要是嵌入式系統(tǒng)部件,如 PC/104。但是對(duì)大部分的可穿戴式計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)來(lái)說(shuō),嵌入式的硬件設(shè)備在體積和重量方面還是不能很好的滿足要求,特別是在計(jì)算能力和低功耗方面尤其不足。另外,無(wú)主板結(jié)構(gòu)是可穿戴式計(jì)算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展方向之一,這是迅速減少穿戴機(jī)尺寸的有效方法。無(wú)主板結(jié)構(gòu)將各個(gè)器件直接用總線連接,最終目標(biāo)是取消各種接插件(Connector)。
硬盤的超微型、超輕型化是減少可穿戴式計(jì)算機(jī)體積及重量的關(guān)鍵因素之一。IBM 已推出的 Compact Flash 形式的微型硬盤,其體積在 50 X 50 X 2mm,容量已經(jīng)達(dá)到 2GB,重量不足 100 克。
U of T 的 Prof.Mann 及美國(guó)軍方研制的基于衣物的可穿戴式計(jì)算機(jī)采用了“縫制” 工藝,將器件、組件、數(shù)據(jù)線、電源線分布并“縫制”在衣物(一種軍用背心)的適當(dāng)部位。這種基于衣物可穿戴計(jì)算機(jī)可稱為Smart Clothing(聰明衣服)。
穿戴舒適、方便、實(shí)用的可穿戴計(jì)算機(jī)應(yīng)是采用令人穿戴舒適的柔軟材料編織和縫制而成的,最好是可洗的,這種用于可穿戴計(jì)算機(jī)的編織物也稱為 Smart Fabric(聰明織物),如果 Smart Fabric 是可洗的就稱為可洗計(jì)算(Washable Computing)。Smart Fabric、Smart Clothing 和Washable Computing 的關(guān)鍵技術(shù)有:可洗編織組件和可洗編織電路(不是印制電路);適合可洗編織的材料、元器件;可洗編織可穿戴計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)組成原理;傳統(tǒng)的編織縫紉技術(shù)、電子技術(shù)與新型材料相結(jié)合制作可穿戴計(jì)算機(jī)的方法。MIT Media Lab 的 E.Rehmi Post 和 Maggie Orth 對(duì)Smart Fabric 的研究已取得了初步可喜的成果。他們采用市場(chǎng)上可買到的普通材料,如用于裝飾衣物的金屬紗線、絕緣紗線和電子元、器件等,編織成用于構(gòu)建可穿戴計(jì)算機(jī)的電子織物。目前已有一種全織物電容式數(shù)字鍵盤在批量生產(chǎn),它采用了普通刺繡技術(shù)。這種數(shù)字鍵盤柔軟、耐用、觸摸響應(yīng)。對(duì)穿戴機(jī)而言,未來(lái)柔軟“電路板”將要取代僵硬的印制電路板,而非“電路板”結(jié)構(gòu) 的 Smart Fabric 應(yīng)是主要發(fā)展方向之一。
特殊鍵盤和鼠標(biāo):目前主要有手臂鍵盤,可單手操作,配合軌跡球(Track Ball)使用可以實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)和鍵盤的所有功能;Handikey 公司推出的琴鍵式(Chord)鍵盤鍵盤化掌上鍵盤和鼠標(biāo)的集成輸入設(shè)備 Twiddler,重量只有 4 盎司,可以單手握住操作。語(yǔ)音輸入裝置:這是可穿戴式計(jì)算機(jī)最重要和最有潛力的輸入裝置之一,目前的發(fā)展比較迅速。
可穿戴計(jì)算機(jī)的輸出裝置主要有 HMD(Head Mounted Display)、語(yǔ)音和觸動(dòng)裝置等。但目前可穿戴計(jì)算機(jī)的最關(guān)鍵裝置是 HMD,它是實(shí)現(xiàn)可穿戴計(jì)算機(jī)先進(jìn)人-機(jī)交互的基礎(chǔ)。最初 HMD 主要用于全沉浸虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。HMD 有很多形式,風(fēng)格各異,如基于普通眼鏡隱蔽式的、基于頭盔的、基于主桿(boom)支架的、外型類似于滑雪護(hù)目鏡的等等,它們的用途和性能各不相同?,F(xiàn)在市場(chǎng)上已有一些商品化的 HMD 出售,如 IBM 的 可穿戴計(jì)算機(jī)采用的微型 HMD,重量少于幾盎司;Reflection Technology 公司推出 Private Eye 7 是彩色液晶顯示、VGA 分辨率,是目前值得推薦的 HMD;佳能推出的 GT270 HMD 外型(ⅰ)It may be used while the wearer is in motion(可穿戴計(jì)算機(jī)可在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下使用)。
DARPA 利用這些技術(shù)開發(fā)了一系列 HMD 產(chǎn)品,如 CVC(戰(zhàn)車手護(hù)目鏡),它采用獨(dú)特的輕型光學(xué)設(shè)計(jì),將 1280 x 1024 AMEL 顯示器集成在一件標(biāo)準(zhǔn)軍用防風(fēng)沙、陽(yáng)光護(hù)目鏡中,整個(gè)系統(tǒng)只有 11 盎司;軍用先進(jìn)視覺系統(tǒng)(Army's Advanced Visionics System)采用 DARPA HMD 技術(shù),達(dá)到了全彩色、1280x1024 pixel 的水平,這個(gè)視覺系統(tǒng)供直升飛機(jī)的飛行員使用;用于軍用飛機(jī)駕駛艙仿真器的第一件全沉浸 HMD;用于軍用和商用飛機(jī)安裝和維護(hù)的頭戴增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。這個(gè)計(jì)劃現(xiàn)在繼續(xù)支持 AMLCD 和 AMEL 顯示器的開發(fā),目標(biāo)是:制造 2000 DPI 顯示器,將彩色濾波器應(yīng)用于這類顯示器,將可提供每平方英寸1280 x 1024 的彩色的顯示器;開發(fā)低電壓 AMEL 技術(shù),使其達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) CMOS 水平。
目前,無(wú)線技術(shù)的廣泛應(yīng)用也滲入到可穿戴計(jì)算機(jī)的硬件設(shè)計(jì)中,出現(xiàn)了利用無(wú)線連接各個(gè)系統(tǒng)部件的體系結(jié)構(gòu)。針對(duì)可穿戴計(jì)算機(jī)的特殊硬件技術(shù)也不斷發(fā)展。