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我们都会佩戴可穿戴设备吗?
可穿戴传感设备在2010年代初开始进入主流消费设备领域——fitbits于2009年推出，谷歌Glass和Oculus Rift都在2010年代初推出了原型机，引发了人们对增强现实技术的新兴趣。Pebble在2012年启动了一款智能手表的众筹活动，筹集了1020万美元，成为当时最成功的活动。如今最常见的可穿戴设备就是智能手表(2016年可穿戴设备销量的21%)．大约在3年前，这就开始引起学术研究团体的兴趣，一小部分但不断增长的团体致力于面向医疗的硬件或这些设备上的软件架构。
在本文中，我将探讨与可穿戴设备相关的三个问题:
- 他们真的需要吗?
- 如果对第一点的回答是肯定的，那么它们被主流采用的最大实际挑战是什么?
- 如果对第一点的回答是肯定的，那么它们被主流采用的最大研究挑战是什么?
引人注目的用例是什么?
作为一个社会，我们越来越不健康，我们的医疗成本一直在上升。在美国是如此，在许多发达国家也是如此，在发展中国家也是如此。因此，应对这一趋势的一个有希望的方法是对健康信号进行持续监测，并承诺尽早进行医疗干预，从而降低成本。这是可穿戴设备诞生的最初动机。早在2006年，Nike + iPod的健身追踪功能让用户能够追踪自己的运动习惯。这在当时是相当先进的设备。它自夸说，它有一个微型传感器，可以放在Nike+鞋的鞋垫下。一个同样大小的接收器插入iPod nano就可以追踪锻炼情况。该软件超越了跟踪步骤;它还允许用户查看过去锻炼的统计数据，并设定健身目标。 Plus, they could hear how far they had run, how quickly they were running and how far they were from their destination. This was part of a movement of a loosely organized group known as the量化自我该组织成员的想法是，收集详细的数据可以帮助他们对自己的健康和行为做出更好的选择。
它可以，而且确实如此。但事实证明量化自我(Quantified Self)运动从未进行过转换从狂热爱好者到主流。所以在我看来，这并不是一个令人信服的用例。然而，虽然大多数人对在准备半程马拉松时每分钟记录自己的VO2水平不感兴趣，但似乎很多人都是这样是对追踪更多基本健康问题感兴趣。例如，我今天走了足够多的步，我今天睡了足够多的快速眼动睡眠，或者我需要改变我的睡眠习惯，少吃面包黄油，多吃牛角面包，我的心率波动如何，甚至有没有动脉颤动的迹象，这些都可以通过最新一代智能手表上的ECG传感器得到。
一个关键的采用门槛将是这些读数有多可靠。苹果手表配有fda批准的心电图(EKG)，这似乎是个好消息。然而，“不建议患有其他已知心律失常(心律不齐)的人使用”这个小字，实际上不是那么小字。这意味着只有那些已经没有任何导致心律不齐的医疗状况的用户才能找到这种传感器的用途。因此，我们还没有完全越过采用的障碍。
然而，持续监测健身和健康信号的趋势似乎正在得到更广泛的采用。例如，在谷歌Play上，健康和健身类别是最受欢迎的可穿戴应用程序。一个不完美的趋势线来自智能手表在芬兰的普及2018年，这一比例已升至10%，高于2017年的7%和2016年的4%。
因此，健康和健身似乎是推动可穿戴设备普及的首要因素不过，这次采纳将不会是一次尖锐的采纳。相反，它必须建立一个整体的生态系统——医疗社区，保险社区，多个供应商的设备之间的一些互操作性——因此它将是一个缓慢的采用曲线。
什么是重大的实际问题?
商业世界必须解决三个大的实际问题，以加快采用曲线的速度。我用“实用”这个词有点滑稽地表示，对于我们这些学术研究人员来说，他们并不在我们的掌控范围之内。我将在下一节讨论我们面临的挑战。
首先，可穿戴应用程序必须更加关注我们的即时活动，以免它们分散我们的注意力(甚至比现在更严重)，使我们无法专注于我们所处的物理环境和正在完成的任务。从台式机/笔记本电脑世界到移动世界代表了进化的一大步。手机应用的互动必须更浅显——没有冗长的对话框，没有需要在文本框中输入的长篇文章，没有3条提醒我注意的提示。可穿戴设备上的应用程序需要再迈出一大步。否则，我们感觉自己淹没在信息中的状态会非常直接地影响我们的社交互动，甚至会让我们处于身体危险中，当我们走到那辆车前面时，检查我的心率是否因为劳累而增加。
其次，可穿戴设备必须摆脱对移动设备的束缚。目前的情况是，大多数可穿戴设备上的应用程序都依赖于移动设备上的配套应用程序。这很麻烦，因为现在必须让这两个人接近。如果我的智能手机没电了，我就被孤立了，总的来说，我想逃离多种设备的暴政——你认为为什么智能手机会成为电子设备中的瑞士军刀?
第三，可穿戴设备的电池寿命必须有很大提高。是的，我知道很多广告都说你可以连续几天不充电，但让我看看有哪位车主在每天下班时不能给可穿戴设备充电时不会紧张不安。既然我们已经习惯了在每天结束的时候或者更频繁地给手机充电，那么为什么这是一个大问题呢?这是由于我们人类不费力气就能拾起的习惯的蜘蛛网，只有付出巨大的努力才能摆脱这些习惯。我们戴手表已经有几个世纪了，人类，不只是我们中间的百夫长，不需要记得把手表插上。那么，为什么我还需要添加这些琐事呢?
最后，还有一个恼人的价格细节。但我对此并不太担心，因为采用曲线呈上升趋势，大量供应商意味着价格一直在下降，并将继续下降。
研究面临的重大挑战是什么?
我首先会问这篇博文能写多久;我的虚构编辑告诉我，我已经在接缝处了，所以我将专注于我认为最紧迫的三个研究挑战。对于那些想要更深入地了解这个话题的人来说，有一些关于这方面的新研究文献，其中一些是我们做的。
［论文1:dsn - 2018］ ［论文2:经验- 2017］ ［论文3:icse - 2017］
首先，这些设备上的软件堆栈相当脆弱。因此，当我的设备是玩具时，它可能会不自主地重启，或者我的应用程序冻结，但当它被用于严肃的事情时(告诉医生我的心脏如何跳动，或者用智能眼镜引导救援任务通过地下洞穴)，这种软件的脆弱就无法阻止它了。我们展示了在我们出版的作品中通过直接注射，设备可以一次又一次地重新启动，从而使它成为另一块电子垃圾。这可以通过从另一个组件发送到应用程序的精心制作的消息来完成。这种脆弱性是由多种原因引起的。首先，从移动世界到可穿戴世界存在着软件的剪切和粘贴(可穿戴设备的操作系统是由移动设备的操作系统衍生而来的)。软件并不总是很好地适应新的数字环境。此外，在小型可穿戴设备上集成了多个传感器，由于多个传感器的输入，软件常常被要求同时做多件事情，可能是在人类用户告诉它做某事的时候。还有一个普通的原因是软件不够成熟，因为它还没有完成所有的测试步骤。
其次，这款软件并没有考虑到安全或隐私问题谁会想通过黑进智能手表来干扰我的日常锻炼，或者对我的健康重要信息感兴趣，从我的可穿戴设备上泄露出来?但与以往的数字技术一样，一旦它变得流行起来，“高价值目标”(我喜欢这个词的詹姆斯·邦德风格)开始使用它们，安全和隐私就变得非常重要。就威胁状况而言，我们还没有到达那里，但为什么不试着领先一次呢?
第三，在硬件方面，集成这么多传感器，以及更多即将到来的传感器，还没有做好。因此，当单个传感器(比如心率监测器)要求设备上的主处理器关注时，这没什么问题，但当多个传感器同时要求关注时，我们需要更仔细地设计交互。实时计算文献或更经典的嵌入式系统中众所周知的主题需要在这里进行调整和采用。例如，当数字总线(SPI或I2C)上的多个设备想要同时通话时，如何调度它们?如何ping一个传感器来检查它的健康状态，或者确保一个传感器没有占用您的所有注意力，而让其他传感器感到饥饿?
总之
可穿戴设备已经紧跟我们的脚步有一段时间了，准备从小众向主流进行飞跃，你最新的智能手表甚至都不是聚会上的话题。这一细分市场能否跨越这一门槛将取决于克服三个商业挑战和三个研究挑战。在商业方面，这些设备需要通过定向输入来帮助我们将注意力集中在当前的任务上，它们需要从与移动设备配对的限制中解放出来，它们的能量寿命必须提高。在研究方面，软件架构需要变得更可靠(在这里提到的研究论文中有具体的建议)，软件需要有一些安全和隐私控制到位，小型设备上的多个传感器的集成必须做得更好。
所以，让世界上的供应商开始工作吧，让我们世界的学术研究人员开始工作，把我们带到明亮的新世界，在那里，我的智能手表的边框正闪耀在我的眼中。
巴格奇Saurabh他是普渡大学电气和计算机工程以及计算机科学的教授，他在普渡大学领导着一个名为CRISP的大学范围内的恢复力中心。他的研究兴趣在分布式系统和可靠计算上，而他和他的团队最有趣的是为了更大的利益而开发和破坏大规模可用的软件系统。
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