微型化搭低功耗無線傳輸 生物感測、健康應用更完整
- DIGITIMES企劃
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半導體科技持續精進，穿戴式裝置也越做越小巧，但早期的功能僅整合加速度感應器，只能感測用戶的活動狀態，也限制了智慧穿戴裝置的實用價值。但隨著穿戴應用市場成長，相關感測晶片開發業者也著手開發進階穿戴用感測方案，其中最受注目的區塊，正是檢康管理、智慧醫療息息相關的仿生感測技術方案。
由於許多國家的人口趨向高齡化，導致醫療資源需求隨之成長。現有的醫療系統負荷也隨之增加，解決需求的方法，或許可以從擴充就醫服務方向著手，但增加醫療院所、醫療設備、醫護人員數量，可能會有緩不濟急的問題。
而穿戴式裝置整合仿生感測技術，再搭配低功耗無線傳輸技術，隨時記錄分析用戶狀態，搭配網通科技通報用戶健康訊息，並即時提供主動醫療服務，反而可以增加用戶健康意識，同時提升醫療服務的效能，建構可穿戴的健康管理智慧服務系統，這也是2015年穿戴式應用關鍵成長的重要研發方向。
用戶身上的智能仿生感測手環、配件，持續不斷記錄用戶生理狀態與醫療數據，感測紀錄同時也透過低功耗傳輸技術，隨時回傳生理狀態異常警訊或是彙整常規生理統計資料，再於後端健康雲服務架構下，派發用戶檢康指示，或是向就近醫療院所發出急病警訊需求，第一時間察知用戶急診需求，有效加速發現生理問題、即時就醫，減少醫療系統因延緩就醫所導致的服務成本。
先進半導體技術也有助於仿生感測技術深入生活應用，因為在半導體的三大技術創新方向中，除效能表現提升外，功耗、價格兩項關鍵提升項目，直接影響新技術投入市場的可能性。
因為新一代的先進晶片技術，可以將更多、感測數據精密度更高的感測元件，整合在單一晶片中，同時透過降低功耗、體積與價格，不只讓終端產品越做越小巧與更便宜外，低功耗的優勢讓智慧終端可以運行的時間拉更長，並提升整體使用體驗。
以醫療電子應用需求為例，首套醫療用心電圖系統約在1903年開發完成投入醫療環境應用，但當初的設計方案裝置體積龐大，且受測患者需將四肢泡在含鹽溶劑，才能進行心電圖記錄，相當的不方便。
而在2015年前後推出的智慧手表、智慧手環，利用半導體科技就可將心電圖感測、記錄功能整合在手錶、手環尺寸穿戴裝置上，感測數據以因應個人健康管理需求。
這類生理資訊的穿戴設備感測方案，除了利用內建的快閃記憶體記錄裝置採集的配戴者生理資訊外，通常也支援透過低功耗無線傳輸技術，整合智慧手機的健康管理App，再由具備更大顯示畫面的智慧手機、平板電腦，進行健康數據呈現，或是透過雲端健康資料庫分析，派發個人健康提示資訊。
脈搏、血氧、肌肉運作狀態 仿生感測方案發展增溫
過往要透過臨床診斷心律不整病徵並不容易，因為受測患者若未能在心電圖測試時，出現不規律心跳狀態，醫生很難從短期的心電圖數據判讀推倒病灶問題。
但透過具備心律感測功能的穿戴式裝置，長時間配戴就可記錄產生個人健康的大數據，讓醫生可快速檢索找出心律不整發生的頻次、規模，進而準確判斷病症，病患不用多次造訪醫療院所，進行心電圖測試分析，才能發現健康問題。
病患甚至可以透過健康雲服務或是網路視訊問診，就醫者不需出門，就可把健康數據傳送到醫生手上，進行專業分析判讀，確定需要進一步就診再安排醫療資源處理需求，大幅減省醫療成本支出。
目前穿戴式產品較新的仿生感測技術方向，為解決脈搏、血氧飽和度分析需求，在技術上是從感測模組上發射兩種波長光線，透過受測者手指表面，以光電二極體測得人體血氧濃度，再透過不同波長對血氧狀態的差異表現，參照判讀血液含氧濃度。
光電量測技術不只可用於血氧狀態測量，也可應用LED照射皮膚的反射微弱差異進行判讀，透過皮膚表面因為脈搏狀態產生的些微變化，進行參照分析，推算出相對準確的心跳週期。運用光電科技整合的血氧與脈搏感測，會較舊有需配戴心律感測帶、監控器的感測機制更為舒適，也是目前多數進階型穿戴設備必備的仿生感測技術。
應用晶圓級封裝整合 通訊與感測模組體積持續微縮
而在進階運動健康管理或個人運動訓練管理應用中，肌電圖(Electromyography；EMG)也是相當重要的技術應用，對穿戴裝置所需的肌電圖分析紀錄應用，可透過人體軟組織的電子分布感測進行分析、運算，推導出實際肌電圖的運作紀錄。
而肌電圖的感測機制，可利用微弱的肌肉變化，來進行家電控制或是操作訓練，讓行動不便、肢體損傷的病患，可以自主完成生活操作，更有尊嚴地生活。此外，肌電圖感測分析也能用在專業運動的自主訓練方面，用更進階的分析參數檢視訓練鍛鍊成果。
前述的仿生感測應用，在完成用戶的健康資料採集後，除彙整紀錄於設備的記憶體儲存外，為了穿戴裝置的防水、防塵機構設計需求，同時也為能即時與智慧行動裝置連接傳輸訊息，通常會搭配低功耗無線機制，隨時保持設備與連接裝置的通訊，完成如智慧行動裝置向穿戴設備遞送資料、或是穿戴設備傳送生理資訊到設備上的資訊傳送行為。
一般穿戴用設備還會整合如ZigBee或低功耗Bluetooth無線傳輸技術，目前也有晶片商提供晶圓級的仿生感測方案，整合低功耗無線傳輸模組的解決方案，讓穿戴式健康管理應用開發更簡便完成。
