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人工智能（AI）驅(qū)動的可穿戴設(shè)備是使用生物識別傳感器和其他可穿戴技術(shù)（包括麥克風(fēng)和各種其他傳感器）監(jiān)測身體指標(biāo)的一種智能產(chǎn)品。
它們從周圍環(huán)境中收集數(shù)據(jù)，并通過嵌入式深度學(xué)習(xí)算法向用戶提供有價(jià)值的建議和準(zhǔn)確的生理信息。常見的應(yīng)用包括健康監(jiān)測、健身跟蹤以及通過使用睡眠追蹤器實(shí)現(xiàn)更好的睡眠。
例如，健身愛好者和運(yùn)動員可以利用人工智能可穿戴設(shè)備來監(jiān)測運(yùn)動后的生理數(shù)據(jù)，更快地達(dá)到健身目標(biāo)，還可以與人工智能健身應(yīng)用程序結(jié)合使用；有健康問題或慢性病的人通過使用可穿戴設(shè)備可進(jìn)行持續(xù)的健康監(jiān)測，并收到包括心率和血壓波動在內(nèi)的異常警報(bào)。在日常生活中，人們同樣不斷挖掘出人工智能可穿戴設(shè)備的價(jià)值，如通知、導(dǎo)航和與智能家居系統(tǒng)的集成。
隨著對利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的可穿戴設(shè)備的需求不斷增長，市場也迎來了發(fā)展的良機(jī)。最近的市場分析數(shù)據(jù)顯示，在2023年僅智能手表就將售出1.84億塊。
AI可穿戴設(shè)備帶來的改變
人工智能可穿戴設(shè)備涵蓋多種多樣，包括智能手表、健身追蹤器、健康監(jiān)測儀、智能眼鏡和可穿戴相機(jī)。目前市場上表現(xiàn)優(yōu)秀的人工智能可穿戴設(shè)備，它們可以跟蹤從睡眠模式、心率到疲勞的所有信息。也許你會說，普通的可穿戴設(shè)備也可以做到這些。那么，融合了人工智能技術(shù)的可穿戴設(shè)備究竟到來哪些改變呢？
人工智能在可穿戴技術(shù)中有無數(shù)好處，它使我們能夠更好地了解身體的功能和狀態(tài)，包括身體內(nèi)部的問題，以便更早地采取預(yù)防措施?，F(xiàn)在，市場上大多數(shù)智能手表都采用了人工智能技術(shù)。通常，它們會利用人工智能算法分析來自心率監(jiān)測和加速度計(jì)等傳感器的數(shù)據(jù)。
這些算法可以深入了解我們的健康水平、睡眠質(zhì)量，甚至能檢測出健康異常。智能手表還可以配備由人工智能驅(qū)動的虛擬助理，并提供語音命令和查詢功能。此外，人工智能可穿戴設(shè)備可以通過藍(lán)牙和Wi-Fi與智能手機(jī)、智能家居設(shè)備和云服務(wù)連接并同步，從而在多個平臺上實(shí)現(xiàn)連貫的用戶體驗(yàn)。
事實(shí)證明，人工智能和可穿戴技術(shù)是一對完美的搭檔。在可穿戴設(shè)備收集醫(yī)療數(shù)據(jù)的同時，人工智能解決方案實(shí)時分析和解釋數(shù)據(jù)，使醫(yī)療專業(yè)人員和患者能夠采用積極主動的醫(yī)療保健方法。隨著可穿戴技術(shù)的發(fā)展和多樣化，以及深度學(xué)習(xí)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)的使用，人工智能解決方案會變得更智能，技術(shù)的影響力也將日益顯著。目前，人工智能應(yīng)用已經(jīng)具有視覺感知、語音識別和決策等功能，未來，人工智能可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)的能力可能會擴(kuò)展到人類層面的任務(wù)推理。
AI可穿戴設(shè)備市場展望
從Grand View Research的市場分析數(shù)據(jù)來看，2022年，全球可穿戴人工智能市場規(guī)模約為212億美元，預(yù)計(jì)2023年至2030年將以29.8%的復(fù)合年增長率（CAGR）增長。這種迅速增長的驅(qū)動因素包括物聯(lián)網(wǎng)、無線技術(shù)的進(jìn)步以及人工智能驅(qū)動的智能手表的日益普及。
圖1：全球人工智能可穿戴設(shè)備市場應(yīng)用分析（圖源: Grand View Research）
按應(yīng)用類型劃分，人工智能可穿戴技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域包括消費(fèi)電子、醫(yī)療保健、汽車、軍事和國防以及媒體和娛樂。醫(yī)療可穿戴人工智能設(shè)備領(lǐng)域預(yù)計(jì)將在2023年至2030年出現(xiàn)高速增長，其中的主要原因是人們越來越關(guān)注自身的健康狀況以及不斷高漲的健身需求。對患者、醫(yī)生和其他醫(yī)療保健專業(yè)人員來說，人工智能可穿戴技術(shù)帶來的好處更是改變了現(xiàn)有的一系列游戲規(guī)則。具體來看：
Part1
在主動預(yù)防性醫(yī)療保健方面，包括人工智能可穿戴設(shè)備在內(nèi)的現(xiàn)代技術(shù)一直在推動醫(yī)學(xué)從被動治療轉(zhuǎn)向主動預(yù)防。更具體地說，可穿戴技術(shù)有助于持續(xù)監(jiān)測用戶的健康狀況，在早期發(fā)現(xiàn)任何異常和潛在危害并進(jìn)行早期干預(yù)。這其中，人工智能算法的使用發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
Part2
在高級監(jiān)控和遠(yuǎn)程護(hù)理流程方面，人工智能可穿戴設(shè)備可以持續(xù)地監(jiān)測和分析廣泛的生命體征和健康參數(shù)，包括心率、血壓、心電圖/心電圖信號、血氧飽和度、血糖、睡眠模式以及活動和運(yùn)動模式，使患者能夠獲得更高效的遠(yuǎn)程護(hù)理服務(wù)。
Part3
對于患者和醫(yī)療機(jī)構(gòu)而言，在過去的十年里，患者的醫(yī)療保健方法已經(jīng)轉(zhuǎn)向積極的健康自我管理，他們可以更多地控制自己的健康狀況，減少了個人就診和住院的需求，有效緩解了醫(yī)療機(jī)構(gòu)資源緊張的局面。人工智能和可穿戴設(shè)備交織在一起，使我們離真正以患者為中心、積極主動、無障礙的醫(yī)療保健系統(tǒng)又近了一步。
AI賦予可穿戴設(shè)備更多可能性
有了人工智能，可穿戴設(shè)備就變成了一個智能平臺，并由機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）和數(shù)據(jù)集提供支持。ML的核心是使用算法和統(tǒng)計(jì)模型來分析數(shù)據(jù)、識別模式，并在沒有特別編程的情況下做出預(yù)測或決策。
這些算法和數(shù)據(jù)可以擴(kuò)展到了解你是如何走路、坐著、移動或與他人互動的，從而為你的情緒、身體反應(yīng)、能量水平甚至環(huán)境提供有價(jià)值的信息。智能手表是人工智能技術(shù)與可穿戴結(jié)合的典型例子，它利用脈搏波和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）實(shí)時記錄和分析心率。
隨著醫(yī)療可穿戴設(shè)備越來越廣泛地用于早期診斷以及健康監(jiān)測，這些設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也是驚人的，預(yù)計(jì)將達(dá)到數(shù)千PB/月。通過云傳輸如此大量的數(shù)據(jù)可能會成為可穿戴設(shè)備的通信瓶頸。此外，傳輸可穿戴醫(yī)療設(shè)備生成的所有數(shù)據(jù)的功率開銷也會大到難以接受。
目前來看，有效提高可穿戴設(shè)備本地處理信息和推理的能力不失為一種有效的手段，因此，就有了我們前面一直強(qiáng)調(diào)的人工智能可穿戴設(shè)備。不過，這種方法的短板在于人工智能算法的計(jì)算復(fù)雜性，這使得在資源有限的可穿戴設(shè)備上部署人工智能模型具有挑戰(zhàn)性。
TinyML的出現(xiàn)使得在MCU上運(yùn)行機(jī)器學(xué)習(xí)模型成為可能。并且這些MCU普遍價(jià)格較低，外形小巧，內(nèi)置幾百KB的低功耗內(nèi)存（SRAM）和幾兆字節(jié)的存儲空間，功耗也很低?？梢哉f，TinyML芯片組解決了小型設(shè)備的成本和能效問題，通過為小型推理工作負(fù)載設(shè)計(jì)的軟件，在低功耗、低處理能力和小內(nèi)存的硬件上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析性能。
解決方案
?圖2：可用于智能手表解決方案的i.MX 7ULP系列處理器（圖源：NXP）
在NXP智能手表解決方案中，i.MX 7ULP系列處理器是公司在超低功耗處理領(lǐng)域的一款產(chǎn)品，尤其適用于要求超長電池壽命的便攜式設(shè)備應(yīng)用。
i.MX 7ULP產(chǎn)品系列采用了NXP異構(gòu)多核處理（HMP）架構(gòu)，是一款非對稱處理器，由兩個獨(dú)立的處理域組成，即應(yīng)用域和實(shí)時域，實(shí)現(xiàn)了處理能力和確定性處理需求之間的有效平衡。
應(yīng)用域是圍繞帶有ARM NEON SIMD引擎和浮點(diǎn)單元（FPU）的ARM Cortex-A7處理器構(gòu)建的，并針對基于豐富操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)時域則是建立在ARM Cortex-M4處理器（帶FPU）之上，具有極低的功耗。這兩個域是完全獨(dú)立的，具有獨(dú)立的電源、時鐘和外圍域，但每個域的總線結(jié)構(gòu)緊密集成，以實(shí)現(xiàn)高效通信。
i.MX 7ULP系列處理器同時提供32位LPDDR2/LPDDR3存儲器接口和一些其它接口，用于連接外圍設(shè)備，諸如WLAN、藍(lán)牙、GPS、顯示器和攝像頭傳感器等。
本文小結(jié)
人工智能應(yīng)用已經(jīng)具備了視覺感知、語音識別和決策等能力，接下來，結(jié)合人工智能的可穿戴設(shè)備有望擁有人類層面的推理和解決問題的能力。目前，可穿戴設(shè)備更多的是被用于監(jiān)測心率、體溫、血壓等各種人體參數(shù)，而與人工智能相結(jié)合的可穿戴設(shè)備將釋放更大的潛力，為我們帶來更多意想不到的使用體驗(yàn)。例如，在不久的將來，人工智能可穿戴設(shè)備將能夠讀取用戶的動作并理解他們的命令，以優(yōu)化健身和工作指標(biāo)。
人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)正積極應(yīng)用于許多領(lǐng)域，如腦機(jī)接口、腦神經(jīng)元連接和機(jī)器感知（計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器聽覺和機(jī)器觸摸）。據(jù)預(yù)測，未來流行的通信方式將是人工智能可穿戴技術(shù)，包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡和智能手表等，我們的智能手機(jī)也有可能被輕型可穿戴眼鏡取代。
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