智慧手表
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生理感測搭配演算法 穿戴設備結合人工智慧再升級
根據IDC統計，2020年第一季全球穿戴式設備出貨量成長29.7%，市場對於醫療科技及個人健康管理的重視帶動穿戴式裝置設計，手表、手環以及智慧眼鏡皆陸續加入心律、血氧、睡眠等監測功能，在生理保健與記錄方面越來越全面。穿戴裝置在心律測量功能後，陸續推出血氧、血壓等生理感測項目，透過光學或電流感測晶片，量測使用者的生理數據，同時提供異常狀況示警功能，有助於追蹤管理各項疾病。
作為具保健用途的穿戴產品，量測數據的精準度便是最大關鍵，在功能眾多的前提下，顧及節約耗電的需求也是一大挑戰。各家廠商為達成提升量測精準度並兼顧低功耗，無不在其晶片設計下足功夫，並且結合人工智慧(AI)演算法，透過軟硬結合的形式優化數據品質。部分ICT業者甚至進一步取得醫療認證，布局醫材市場。本文將透過探討穿戴設備量測生理數據感測元件設計，以及量測項目之發展，透析穿戴量測技術及市場之未來趨勢。
力求產品差異化 精準量測下足功夫
穿戴式產品競爭激烈，品牌商與晶片供應商看準新興的生理感測功能，希望透過提升量測項目與精準度，達到產品差異化的目的。ams大中華區總經理李定翰(圖1)提及，ams採用光學及電學感測，加上軟體演算法，蒐集不同人種的生理數據資料，提供軟硬整合的解決方案，並依照應用端需求，如登山、居家照護、健身等情境，以精準度為首要的考量來設計晶片，提供相應的感測功能。心律感測方面，ams原本使用單一的PPG感測，目前則整合進ECG心電圖，取得心律與血壓數據後，再配合演算法提供使用者心臟症狀的預警。
圖1 ams大中華區總經理李定翰提及，ams採用光學及電學感測，加上軟體演算法，提供軟硬整合的解決方案
生理感測晶片的技術核心不離光學感測，羅姆半導體(ROHM)台灣技術中心協理林志昇(圖2)說明，感測器設計過程中，不容易兼顧耗電及取樣速度。生理量測技術在取得生命徵象數值越複雜的狀況下，需要提高取樣頻率及測量次數，以增加數據的精準度，但因此面臨功耗增加、應用裝置驅動時間減少等挑戰。另外基於感測元件的待機耗電量及使用環境的雜訊考量，在穿戴設備的感測器設計上，需考量電子元件的低耗電需求，以及對抗外在雜訊干涉及濾除。而羅姆的光學式脈搏感測元件的基本原理，是藉由綠光LED量測血液中的血紅素之移動，結合演算法支援壓力測量和血管年齡測量等生命徵象數值的計算，設計高精度且低功耗的感測器。測量脈搏時的耗電量僅為0.44mA，有助於延長應用裝置的驅動時間。
圖2 羅姆半導體台灣技術中心林志昇協理說明，感測器設計過程中，不容易兼顧耗電及取樣速度
新創公司臺醫光電則由醫材角度出發，研發反射型生理訊號感測器。臺醫光電科技行銷部經理陳婷如(圖3)表示，該感測器同樣利用光學原理，於手腕位置連續測量心跳及血氧飽和度，感測血管的收縮變化，並蒐集PPG訊號，經由微透鏡及DOE鏡片調控LED發射光進入受測組織的能量分布，增強出光效率及收光強度，減少由皮膚表面直接反射的雜光，也使得耗電量大幅降低，且不易受到運動的干擾。目前臺醫光電的智慧腕表已經商用化且通過歐盟CE、美國FDA等醫療認證，期望建立自家生態系或與其他廠商策略聯盟，在台灣的智慧醫療市場中取得一席之地。
圖3 臺醫光電科技行銷部經理陳婷如表示，感測器增強出光效率及收光強度，減少由皮膚表面直接反射的雜光
ICT業者/醫材廠商各有策略
針對ICT業者與醫材廠商在穿戴式裝置感測的布局，資策會MIC產業分析師徐文華(圖4)認為，ICT產業的生理感測產品多以消費電子為主，與醫療產業的重疊度較低，不易取得合作，因此若有意發展醫療級的穿戴式產品，可能採取合作或購併形式，其中又以美國市場私人醫院盛行，比較有機會促成科技與醫材廠商的合作。另一方面，就醫材廠商而言，醫材是剛性需求，廠商多半專注研發醫用穿戴設備，並積極通過各國醫療法規。其中糖尿病偵測為熱門的研究議題，因為糖尿病是常見的慢性疾病，而傳統的糖尿病檢測需要侵入式採集血液，便有廠商開發偵測糖尿病患者體內數據的貼片，除了能夠執行連續且非侵入式的疾病監測，還可以在患者有藥物注射需求時，直接透過貼片中的針頭為病患注射。
圖4 資策會MIC產業分析師徐文華認為，ICT產業的生理感測產品多以消費電子為主，與醫療產業不易取得合作
資策會MIC產業分析師張軒豪(圖5)觀察，現在用於健康管理的穿戴裝置，常見整合PPG及ECG，並加入身體狀況的示警功能，未來可能發展體液及眼淚的量測。雖然體液及淚液的生理感測尚在研究階段，但是體液及眼淚皆帶有大量生理資訊，若結合智慧隱形眼鏡、智慧耳環等應用，且能進一步濾除環境雜訊，便能長期、連續量測使用者的生理數據，有機會在未來取代侵入式的抽血檢查。
圖5 資策會MIC產業分析師張軒豪觀察，現在用於健康管理的穿戴裝置，常見整合PPG及ECG
穿戴裝置走向專業分工智慧眼鏡具發展潛力
綜觀穿戴式裝置的定位，徐文華表示，穿戴設備的功能發展接近小型的手機，已有廠商將行動支付、通訊及語音助理整合進穿戴設備中，下一步可能會連接家電，成為智慧家居聯網的裝置之一。而感測項目方面，未來三到五年，心臟的感測仍會發展最快，體溫感測的應用也越趨多元，除了智慧手表，還可能透過貼片或耳掛式裝置測量生理數據。
李定翰補充，很多穿戴式裝置開發初期為了與其他產品競爭，在產品中不斷增加感測器的數量，走向多功能跟高度整合的設計，未來則可能發展成高度分工的產品，依照健身、登山、高齡照護、心臟病監測等，細分不同的功能取向。
智慧眼鏡也是一個穿戴應用趨勢，李定翰指出，人類判斷情況的依據70%來自視覺，結合VR/AR的視覺眼鏡前景可期。但是產品設計上須把視覺數據轉換成有用的資訊，達到精準與有效是很大的挑戰。另外，很多大廠推出智慧眼鏡後的銷售跟測試結果，在功能方面尚未符合市場預期。就使用者需求而言，應該藉由語音辨識下達指令，結合大數據與感測器，甚至有能力執行肉眼看不到的熱感測工作，用以防止流行並傳染，才能充分發揮智慧眼鏡的優勢。
現在所有廠商都在搶攻人身產品的市場，因為戴在手上的手環跟智慧眼鏡配置的位置非常獨特，手機無法取代穿戴裝置的市場定位。而穿戴感測如何跟手機相輔相成，或是把手環跟眼鏡當作擷取生理數據的一個節點，這個節點承受的項目越齊全，或是能承受的資料輸出量及感測器的能力越好的話，對於後端的處理與使用者平台的黏著度都有良好的影響。當使用者對品牌及系統的黏著度提升，便有機會塑造影響力類似蘋果(Apple)的全球品牌。
2020年全球穿戴式裝置消費者支出將達520億美元
國際研究暨顧問機構Gartner預測，2019年終端使用者在穿戴式裝置的消費金額將近410億美元，而2020年可望達到520億美元，較2019年成長27%。2020年智慧手表為終端使用者支出最多的項目，拿下44%市占，而智慧服飾市場成長最為顯著，較2019年提升52%。
Gartner表示，越來越多使用者捨棄智慧手環，轉而加入智慧手表的行列。智慧手表類別雖有Apple Watch和三星Galaxy Watch等領導品牌採高定價策略，但也有小米、華為等較平價的產品平衡市場價格。Gartner預期2020到2021年間，智慧手表平均售價將下滑4.5%。
就出貨量而言，2020年時智慧手錶和耳戴式裝置將居領導位置，Gartner預測2020年時智慧手表出貨量為8,600萬支，而耳戴式裝置則將近7,000萬副。耳戴式裝置市場競爭依舊激烈，領導廠商包括蘋果(AirPods)、三星(Galaxy Buds)、小米(AirDots)、Bose(SoundSport)和新進市場的亞馬遜(Amazon)。而Nuheara、微軟和Starkey等品牌所推出的產品也相當具吸引力，帶動市場對聽覺體驗強化和非處方(over-the-counter)聽覺擴增裝置的需求提升。
促使穿戴式裝置普及的最大原因之一在於新進使用者，其他影響因素包括感測準確度上升、微型化技術演進和使用者資料保護能力優化。裝置製造商專注於讓感測器變得更小、更智慧，而穿戴式裝置內的感測器也將使資料判讀能力更精準，以提供更多使用情境。智慧服飾會因微型化技術的進展而大幅受惠，因裝置製造商能將追蹤睡眠或病情的感測器整合到穿戴式裝置裡，使用者幾乎不會察覺。
21億美元收購Fitbit Google力拓穿戴市場版圖
Google再度拓展智慧穿戴市場版圖，於日前宣布以21億美元購併著名穿戴式裝置公司Fitbit，此一交易預計在2020年完成，但仍須經過Fitbit股東及監管部門批准。Google在智慧穿戴方面雖先後發展Google Fit、Wear OS，但仍無法如蘋果般建立龐大的生態系統，而收購Fitbit之後，將有助於更進一步獲得智慧手表硬體品牌、技術、軟體能力、企業及消費用戶群，以進一步的拓展穿戴市場版圖，甚至進一步自行生產智慧手表。
Google設備與服務資深副總裁Rick Osterloh表示，Fitbit一直是穿戴式行業的先驅，並創造出色的產品、經驗；該公司期待與Fitbit的傑出人才合作，並匯集最好的硬體、軟體和人工智慧(AI)，打造更多的穿戴式設備，滿足更多消費者需求。
Fitbit透過創新、可負擔且吸引人的穿戴式設備及服務，協助使用者理解並改變其行為模式以改善健康狀況，目前Fitbit已售出超過一億台的穿戴式設備，並且利用數據提供使用者獨特的指導和協助，讓使用者生活的更健康、積極；而Google在收購Fitbit後，也不會出現平台獨占的情況，未來Fitbit仍會支援Android和iOS系統。
Fitbit聯合創始人兼首席執行官James Park指出，該公司創立的願景是讓每個人過得更加健康，如今已建立一個值得信賴的品牌，全球有超過2,800萬的使用者，這些使用者仰賴該公司的產品使生活過得更健康、活躍；而借助Google的資源和全球平台，該公司將能加快穿戴式設備的創新及擴大規模。
然而，Google在收購Fitbit之後，除了提升相關軟硬體能力外，同樣也會獲得Fitbit龐大的使用者個人資料。對此，Fitbit表示，消費者信任對該公司而言至關重要，強大的隱私和安全準則是該公司一直奉行的規範，且不會改變，Fitbit的使用者將可持續掌控數據權(如檢視、遷移或刪除其資料等)，且保持透明；Fitbit不會出售使用者個資，且所收集到的健康數據也不會用於Google廣告。
Google在收購Fitbit之後，將強化智慧手表的硬體、軟體研發能力。
2019年全球智慧手表市場規模飛越8000萬支
旗下拓墣產業研究院表示，2019年全球智慧手表出貨量預估將達6,263萬支，2020年受到Apple調降舊款Apple Watch售價帶動，加上各品牌推出智慧手表態度更趨積極，出貨量預計將達8,055萬支，年成長28.6%；而Apple Watch的出貨量也將從2019年的2,790萬支成長到2020年的3,400萬支，年增長率達21.8%。
觀察智慧手表市場成長主因，拓墣產業研究院指出，Apple Watch自第二代產品推出後，出貨量快速成長，成為市占率最高的廠商，原因除了Apple積極發展智慧手表產品之外，Series 1產品的降價也是一個重要因素。另一方面，隨著最新一代Apple Watch的推出與Apple Watch Series 3的降價，以及更多品牌與產品投入智慧手表市場，帶動未來整體市場的成長動能，預估2022年智慧手表將正式突破1億支關卡，總量來到1.13億支。
拓墣產業研究院認為，雖然智慧手表上尚未出現吸引消費者的殺手級應用，但從各種生理資訊感測到各類生活功能，已具備不少有價值的功能。因此，近年來產品發展的重點在於提高消費者嘗試的意願，而非提供大量新功能與零組件的搭載。在這個情況下入門款產品即成為銷售關鍵，而這也是新款Apple Watch Series 5的硬體規格與Series 4差異並不大，同時保留Series 3作為入門款產品的原因。
此外，在智慧手機等產品成長停滯的情況下，品牌的目光開始轉向其他具備成長潛力的產品，如智慧手表、真藍牙無線耳機等穿戴裝置就成為廠商嘗試發展的重點。隨著華為、三星、小米等既有廠商持續推出更多新款手表產品，其他諸如OPPO、vivo、Google等更多品牌廠商也可能嘗試踏入此市場，2020年的非蘋智慧手表預估年成長率將達34%，整體市占版圖也將隨之變動。
u-blox攜手合作夥伴發表全球首款免充電GPS智慧手表
u-blox、TransSiP以及MATRIX Industries 共同發表全球第一款永遠無須充電的GPS智慧手錶表PowerWatch 2。這款智慧手表採用超精巧、超低功耗的u‑blox ZOE-M8B GNSS 接收器來追蹤位置，加上可記錄燃燒熱量、活動程度與睡眠的功能，使其成為愛好跑步、登山和游泳等運動人士的最佳良伴。這些功能都是透過TransSiP PI 技術實現的，該技術可確保以最高效率來使用採集到的能量並提供潔淨的電源，進而達到最佳效能。
PowerWatch 2是全球首創可提供100%免充電的GPS智慧手表。透過體熱和太陽能產生的熱電能持續為電池供電，因此完全不須要使用電線和外部電池。這款手表也具備超越一般智慧手表的其他功能，例如，可連接到智慧型手機並在手腕上顯示通知，同時可追蹤活動並利用專用的iOS和Android應用程式，以及常用的第三方健康與健身平台將訊息以視覺化方式顯示。
PowerWatch 2採用低功耗u-blox ZOE-M8B GNSS接收器模組提供位置追蹤功能，功耗僅12 mW。該模組以系統級封裝形式供應，尺寸為4.5×4.5×1.0 mm，使該款智慧手表能夠實現厚度僅16 mm的精巧設計。同時，ZOE-M8B最多可同時接收3個GNSS衛星系統，因此，不論是在都會區、茂密的森林等嚴苛環境中，甚至是在游泳時，都可提供高精準度的定位功能。
對運動型手表而言，衛星定位功能通常是最耗電的。透過把採集到的能量高效轉換為穩定的直流電源，TransSiP PI增強了內建u-blox Super-E 技術的 ZOE-M8B GNSS接收器模組的能力，以達到電源和效能之間的理想平衡。這款智慧手表能以非常有限的功率運作，每天可支援持續30分鐘的GNSS追蹤功能，未使用的時間可累積在手表的電池組中，亦即，每四天可供電支援兩小時的位置追蹤功能。
MicroLED顯示器2023年挑戰2.5億裝置搭載
MicroLED顯示器被視為顯示器明日之星，近年有許多廠商投入開發，就在技術瓶頸逐漸克服之際，產業研究機構Yole Développement表示，2019年MicroLED將走上量產之路，預計小量出貨搭載在610萬個裝置上，2021年以後成長逐漸加速，裝置搭載量將突破5000萬，2022年正式破億，2023年將挑戰2.5億裝置搭載量。
在應用部分，Yole認為，從2019年開始，MicroLED將從中小型顯示器開始發展，智慧手表與擴增實境(AR)、混合實境(MR)裝置是最早期的應用，接著將有平板電腦與高階電視導入，至於產業高度關注的智慧型手機，預計將從2021年開始導入MicroLED，並在2022與2023年加速，也是促成MicroLED出貨量起飛的關鍵，最終智慧型手機應該是MicroLED應用主流，也帶動其於2024年正式突破3億裝置搭載量。
穿戴裝置前景看俏 高階智慧手表扮推手
在整體穿戴式裝置市場中，智慧手環與智慧手表因應用情境明確，是目前接市場接受度最高者。隨著應用市場逐漸成熟，高階產品不斷推陳出新，也帶動穿戴式裝置市場持續成長。根據國際數據公司(IDC)的報告，全球可穿戴式裝置市場在2018年第二季(Q2)已達到2790萬台，較去年同期成長5.5%；而在高價的智慧手表帶動下，市場產值漲幅更大，較去年同期成長8.3%，市場產值達48億美金。
針對穿戴式裝置2018 Q2市場概況，IDC穿戴式裝置團隊研究主任Ramon T. Llamas表示，高階智慧手表需求逐漸成長，而基本型穿戴式裝置成長逐漸趨緩，是值得關注的現象。這意味著，消費者對於穿戴式裝置的功能需求不斷提升，進而帶動高階智慧手表市場需求。
進一步分析不同地區的市場概況可發現，市場成長驅力主要來自亞太地區(不包含日本)、中歐、東歐以及拉丁美洲等新興市場，與2017年同期相比，出貨量成長14%。IDC指出，這些新興市場對於基本的智慧手環仍有一定的需求，同時，高階智慧手表的市場接受度也越來越高。
而穿戴式裝置在北美、日本與西歐這些成熟市場出貨量則呈現下滑，比2017年同期下降6.3%。這些市場在2017年主要由基本的穿戴式裝置(如智慧手環)所主導，而隨著智慧手環的市場漸趨成熟，消費者開始轉向智慧手表這類更高階的穿戴裝置，然而，智慧手表成長幅度並不及智慧手環市場萎縮幅度，導致整體出貨量下滑。
不過，IDC穿戴式裝置資深分析師Jitesh Ubrani表示，不須對於成熟市場出貨量下滑感到擔憂，因為這只是市場轉向高階智慧手表的過渡期。過去，基本的智慧手環主要提供計步等描述性數據，未來智慧手表的性能與準確性將不斷提升，以作為診斷工具。而與高階智慧手表應用相關的產業，包括電信營運商應用程式開發商、元件製造商與醫療保健機構，也都有望在未來幾年興起。
儘管基本型穿戴式裝置出貨量在過去幾季中逐漸下滑，但其仍維持一定的市場占比。Llamas說明，進一步細分市場，可觀察到部分地區的消費者偏好功能簡單、低價的穿戴式裝置。