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体域网:织物就是软件 服装就是服务

2019-07-11 10:53编辑:admin人气:


体域网:人体的第二皮肤神经

体域网BAN(Body Area Network)又称人体无线局域网,是一种无线可穿戴计算设备的网络。作为传感网络技术和生物医学工程的自然结合,体域网是互联网医疗领域兴起的热门技术,可以与智能手机/智能终端连接,通过近/远程通信与控制,进行医疗诊断中的即时检测。

BAN技术起源于1995年,人们对通过无线个人通讯网来实现人体内部交流的希望。在2001年,BAN作为一个新术语出现,意思为人体内部、外部的交流。2006年,Guang-Zhong Yang首次在其出版的书籍《人体局域网》中对BAN给出了正式定义。2012 年,推进近距离无线通信标准化的美国IEEE的802.15工作组正式批准了“IEEE 802.15.6”作为体域网的标准。

如果可穿戴设备及织物是人的“第二皮肤”,那么体域网就是第二皮肤的神经网络。

实际上,在医疗体域网中,BAN又被称为生物医疗传感器网络,是基于无线传感器网络对人体生理特征参数(如温度、血糖、血压、心电信号等)的测量,通过传感器及信息通信技术,完成对数据的采集、处理和传输,并与智能终端连接,或通过互联网与远程服务器对接,实现移动或远程医疗服务,从而也成为物联网的重要感知组成部分。

体域网BAN:“工业新概念”定义

体域网BAN(Body Area Network)又称人体无线局域网,是一种围绕人体建立的无线可穿戴计算设备的网络。作为传感网络技术和生物医学工程、新材料相结合的产物,将设备连接与计算能力,并且利用新材料的特性,结合人体工程学的特征,构建一个局部的网络世界,具备感知、连接、计算与人体互动的能力。

又称无线体域网(Wireless Body Area Network,WBAN),或身体传感网络(Body Sensor Network, BSN)。

全新的巨量蓝海市场

当今世界上互联网应用不断向巨大和巨小的空间形态拓展,最大的可称为星际因特网,最小的为纳米级。体域网BAN则是一种极为小型的无线局域网络,中间还有局域网、校园网、以太网、云等等多种。BAN最早的概念也被称为无线个人局域网,作为近距离无线通信系统,从2007年开始的标准讨论到2012年形成标准制定,BAN终被正式命名为遵守IEEE802.15.6标准的体域网,被美国联邦通信委员会(FCC)批准具体利用为40MHz至2400MHz频带频率的窄带宽通信、利用脉冲无线电(UWB)的超宽带通信和以人体为信号传输介质的人体通信。

BAN系统可以使用WPAN无线技术作为网关达到更远的射程,并通过网关设备链接到与互联网连接的人体可穿戴设备,这样,医疗专业人员就可以在线获得患者数据,从而进行远程医疗服务。

在可穿戴技术与市场的推动下,各种可穿戴、可植入、可侵入人体健康监测护理设备不断出现,如果没有BAN作为统一标准的网络,这些可穿戴设备只能独自运行,要实现互联就必须各带通信网络,显然也不利于通信资源的共享利用和未来的发展,BAN的出现正好解决了这一巨大应用空间的空白地带。

随着可穿戴设备及智能织物等新兴应用的普及,BAN技术正从医疗不断向科学、工业、军事和消费领域扩展。

早2006年5月,耐克和苹果公司就联合推出了一款Nike+iPod的可信息互通的高科技运动跑鞋,让消费者可体验到Nike+iPod带来的美妙运动感受。这其中得益于Nike+iPod的具有无线系统功能的运动组件,通过Nike+iPod运动组件,就可以将Nike+运动鞋与iPod nano连接,iPod就可以存储并显示运动的时间、距离、步数及热量消耗值等数据。使用者通过耳机就可以了解这些实时数据,并可与数字音乐播放器通信。Nike+iPod运动组件还可独立售卖。这正是体域网在智能穿戴上最鲜明的场景应用。

2015年谷歌“智能提花”项目(Project Jacquard)拔地而起,将智能服装提到可穿戴本该有的地位:那就是服装本身就是电子。

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图1:谷歌的智能提花

来源:网络

谷歌通过把线路直接织到提花布里,就可以用来捕捉人体的触摸输入以及手势操作。关键是,Project Jacquard可以透过传统的织布机编织技术即可进行量产,不需进行特别设定按标准生产流程就能创造出具有互动功能的纺织品,这就是传说中的“互联网服装”。

而且谷歌已经与李维斯(Levis)公司展开合作,利用智能提花技术把触摸板编织到Levis夹克衫的袖子里,这样轻摸一下袖口,就可以打电话、听音乐,甚至导航,是不是很神奇呢?这背后则是开发者植入了可以纤细如普通纱线一样用工业织机即可编织的导电纤维和小电路,并定制了连接器、电子元器件、通信协议和一个简单的应用程序和云服务的生态传感器网络系统。

美国制造创新院引入蓝海

在2016年随着美国先进功能织物创新研究院AFFOA的出现,智能织物成为更多人关注的热点,最有代表性的是电子纺织品(e-textiles)。它包括有通信天线、连接器、执行器、导电纤维、电路等,可组成柔性电子,并把传感器编织到纤维中,让织物不仅仅是服装和时尚而是赋予了更多功能。智能织物是可以发光、感知、加热、储能、调节温度、监测健康,甚至可以变色的纺织品。

2017年5月22日,美国先进功能织物创新研究院的会员LOOMIA公司发布了一款纺织品触摸板,可以让人通过平摸一块织物来控制电脑。这件作品已被设计为可以阅读人的手势和动作,并输出更大比例的图纸、三维模型和效果图。这个触摸板运行在专门的导电织物和电子器件上,能感知触觉,灵活柔软。还可以折叠成合理的纸张大小,适合于大多数背包上。该智能织物号称为未来的用户界面。

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图2:美国制造创新院会员的产品

来源:美国先进织物创新研究院

美国先进职务创新研究院的另一家会员单位JANSPORT公司则已经推出了两款智能织物技术的产品:第一款是可编程的智能背包原型,该背包允许用户通过智能手机App对他们的包进行编程,帮助学生更好地与校园网连接,还能使专业人员能够在会议上有效地连接网络,还能增加小学安全、储存记忆和信息,使动态广告和网上购物成为可能。它还在背包丢失时可以通知用户。

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图3:可APP编程的背包

来源:美国先进织物创新研究院

有趣的是,该公司已开发300个这样可编程的织物,可以让用户分享一首歌、一部音乐视频,与附近任何人进行脸谱网页或互联网链接。这个高科技背包没有任何电池和电线,却能与数字世界相连,从而实现与社交媒体的同步通讯。

第二款产品是被称为Fabric LiFi的技术,使用基于发光二极管(LED)的照明将数据传播到任何带视图的高带宽接收器。该技术可用于在GPS无法穿透的室内提供精确的跟踪和导航,以及在医院、剧院、体育赛事和更多地方提供跟踪帮助。该技术还可用于自行车车主的主动安全服,以防止夜间事故。

现在还不能准确预测体域网的市场有多大,但相关的智能织物和可穿戴市场发展规模已经清晰可见。

市场调研公司Allied Market Research的一份报告预测,到2022年,全球智能纺织品市场规模将从2015年的9.43亿美元,增长到53.69亿美元,复合年增长率为28.4%。而有一项数据预测,智能纤维的市场规模到2025年可达1300亿美元。另有The Insight Partners曾发布的市场研究报告显示,2015年全球可穿戴技术市场估计为261.9亿美元。预计2016-2025年以20.8%的年复合增长率增长,2025年将达到1709.1亿美元。智能纺织品和可穿戴设备的结合,加上智能手机的应用,市场繁荣无疑会助推技术突破,从而形成良性发展趋势。

服装就是服务,织物就是软件

在过去的40年中,纺织与服装作为一个整体,变化并不大,然而随着智能纺织的崛起和智能纺织装备研发的兴起,传统纺织与服装亦将迎来一个革命性的智能互联时代。技术发展的规律是不断演化的,甚至会产生跃变,这就如同3D打印不断产业化发展中,一个新颖的4D打印技术也脱颖而出,诞生于麻省理工的4D打印,其机理完全不同于分层堆积的3D打印,充分利用形状记忆材料的功能实现自我再造,甚至无需任何打印设备。

在美国先进织物制造创新院的2017年技术路线图中,已有4个入选项目为:电容式触控传感器及接口、民用基础设施监测用传感纺织品、电控变色织物、纺织品控制活性成分输送。这些项目除了第二个项目均可制成服装等可穿戴物,可成为体域网的组件,都在体域网应用的技术范畴,关键是这些产品还能与传统的纺织机兼容,实现规模化生产,将通过产学研合作实现商业化。

BAN技术的最初应用将主要出现在医疗保健领域,尤其是连续监测和记录慢性疾病患者如糖尿病、哮踹和心脏病发作的重要生命体征参数。

BAN技术之所以兴起正是源于医疗保健的现实需求推动和人们对疾病预防与早期监测关注度的提高,从而将医疗保健带入了移动医疗和远程医疗的新时代。然而,BAN作为多学科交互的新兴技术,有着无与伦比的广阔应用空间,并不断向体育运动、文娱动漫、军事、安全、工业、消费等领域拓展。其挑战来自于以硬件为中心的安全性、互操作性、系统工具、隐私担忧、数据连贯性、传感器验证、数据管理、干扰等,以及以人为中心的成本费用、持续监测、持续作用等,这都有待于在硬件、软件、系统和标准的推动,体域网才会迎来新的生机与活力。

正如美国先进织物制造创新院的首席执行官Fink教授所预言,“在未来,织物就是服务,织物就是软件”。可以说,智能纺织正风起云涌,在为新纺织革命带来源动力的同时,也为体域网及可穿戴市场带来广阔空间。

我的身体我做主

目前体域网BAN技术还处于初级研究阶段,一旦核心的传感器等关键性技术得到突破性成熟应用,移动医疗和远程医疗的普及将成为现实,而不再是梦想。智能织物和可穿戴技术的突破无疑会加速这一进程,这甚至会使得工业机器监测预警等工业物联网也开始跟体域网相连,那么友好型预防性维护服务将以一种崭新面目迎面而来。

(来源:未知)

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