體感互動裝置可應用的領域有運動/健身、服飾、時尚用品、一般消費性電子產品、商用及工業用品、軍用品與健康照護用品。其發展趨勢是微型化且軟性化、時尚化與隱形化、以消費者舒適與方便為重要考量、改良的使用者介面、符合環保/健康/安全的未來社會需求。
智慧手錶與健身類的穿戴式裝置是最早出現在市場上的產品,隨著商品化之後競爭日益激烈,其功能將逐漸轉變為以健康照護與生理資訊的資料分析為主要應用,IDT預測未來智慧手錶之類的產品將不再是手機的附件,反而會是具有通訊功能的裝置,其全球市場規模於2020年可達50億美元,尚略低於作為手機配件的全球市場規模(約70億美元);不過於2022年時具有通訊功能的產品將成長5倍以上,而手機附件類的產品則萎縮至50億美元,之後的消長則會更為明顯。
體感互動元件技術
美國史丹佛大學鮑哲南實驗室,利用了奈米限制效應(Nanoconfinement),研發出柔軟且易於佩戴的體感互動可拉伸聚合物半導體薄膜元件。不同於現有的半導體薄膜元件,通常會犧牲電荷傳輸的移動性以實現拉伸性,鮑哲南實驗室發現基於奈米限制之聚合物,可以顯著改善聚合物半導體薄膜元件的伸縮性,而不影響電荷傳輸遷移率,並且減少薄膜裂痕的產生,經實驗證實,當薄膜受拉伸達到100%之應變,半導體元件之電荷傳輸的移動性不會受到影響(圖一)。
圖一、奈米限制效應增強聚合物半導體之可拉伸特性
感測與應用功能
近年來,搭配行動裝置與手機的產品如雨後春筍不斷開發,例如智慧手環、智慧手錶、智慧眼鏡等產品已經漸漸普及到每個人的生活中,其功能包括偵測並記錄心跳、血壓、運動型態、訊息閱讀、運動熱量消耗計算與記錄、GPS定位與追蹤、影音錄影、上傳雲端數據分析等(圖七)。而其中所需要的一般性感測元件至少有組合式慣性感測器(Combo IMU)、MEMS麥克風、壓力感測器、氣體感測器與紅外線影像感測器五大類,再搭配特殊功能的感測器,可以運用在醫療復健、居家看護、教育娛樂、機械人、國防軍事、警用裝備及消防救災等領域。
圖七、目前人體穿戴式裝置應用簡介
綜合目前產品應用,皆在於影像與陀螺儀或是G-sensor的元件感測,受限於體積與裝置問題。為了更能貼近運動或體感,採用薄型化感測基板技術(圖十四),可應用於皮膚感測模式;除了體感應用外,還可以偵測人體外形樣態,如圖十五所示基板感測可偵測腳樣態;另外,利用薄型化感測基板,也可應用於膝蓋拉伸(圖十六),偵測腳運動狀態,未來也許會應用於機器人上。
另一個正在蓬勃發展的體感測裝置模組,是智慧衣產業。Athos公司在2014年開發一款運動穿戴式裝置,並在募資平台上募得60萬美元,而到了2015年也加入了智慧衣產業的開發,為專業運動員的訓練中心提供設計服務(圖十九),
也在該年,Athos的募資金額達到5,100萬美元,顯然地…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
作者:王朝仁、張志嘉、呂藝全、陳君閣、廖貞慧 / 工研院顯示中心
★本文節錄自「工業材料雜誌」368期,更多資料請見下方附檔。