АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыСпецпроектыСтать автором
Сменить язык
О РУВИКИ

Носимый компьютер

Носимый компьютер (англ. wearable computer, также — телесный компьютер или носимое устройство, англ. body-borne computer, англ. wearable[1][2]) — это вычислительное устройство, которое носится на теле пользователя[3]. Определение «носимого компьютера» может быть как узким, так и широким, включающим, например, смартфоны или даже обычные наручные часы[4].[5]

Носимые устройства могут использоваться для общих задач, являясь примерами мобильных вычислений в миниатюрном исполнении, либо быть специализированными, такими как фитнес-трекеры. Они могут включать специальные датчики — акселерометры, монитор сердечного ритма, а также более сложные устройства, например, датчики ЭКГ и кислородного насыщения крови (SpO₂). К носимым компьютерам относят также устройства с новыми пользовательскими интерфейсами, например, Google Glass — оптический дисплей, надеваемый на голову, управляемый жестами. Специализированные носимые устройства в перспективе могут эволюционировать в универсальные, как ранее это произошло с объединением КПК и мобильных телефонов в смартфоны.

Носимые компьютеры обычно располагаются на запястье (например, фитнес-трекеры), на шее (как кулон), на руке или ноге (смартфоны при занятиях спортом), либо на голове (очки или шлем). Однако отдельные модели могут быть размещены на пальце или в обуви. Например, устройства, переносимые в кармане или сумке — такие как смартфоны, калькуляторы или КПК, могут считаться «носимыми» или не относиться к ним.

Для носимых компьютеров характерны технические проблемы, типичные для мобильных устройств: энергоёмкость аккумуляторов, отвод тепла, программная архитектура, беспроводная связь, персональные беспроводные сети и вопросы управления данными[6]. Многие носимые компьютеры работают в постоянном активном режиме, непрерывно обрабатывая или записывая данные.

Применение

Носимые компьютеры включают не только наручные устройства, как фитнес-браслеты, но и такие решения, как кардиостимуляторы и другие протезы. Они широко используются в исследованиях поведения, системах мониторинга здоровья, ИТ и медиа-разработках, где человек, носивший компьютер, активно взаимодействует с окружающей средой. Примеры применения носимых компьютеров:

  • универсальные вычисления (например, смартфоны и умные часы)
  • сенсорная интеграция (улучшение восприятия мира или выполнение определённых задач, например, сварочные маски с видеоанализом[7] или повседневные устройства как Google Glass)
  • моделирование поведения
  • медицинский мониторинг,
  • управление сервисами,
  • электронный текстиль и дизайн одежды (например, прототип Microsoft "The Printing Dress", 2011)[8].

Носимые вычисления — область активных исследований, особенно в части форм-фактора, размещения на теле, пользовательских интерфейсов, дополненной реальности и распознавания образов. Применение устройств для компенсации инвалидности и поддержки пожилых людей постоянно растёт[9].

Операционные системы

Основные операционные системы для носимых компьютеров:

  • FreeRTOS — операционная система реального времени для встраиваемых устройств; большинство современных браслетов (включая бренды Huawei, Honor, Lenovo, realme, TCL и Xiaomi) работают на FreeRTOS.
  • LiteOS — лёгкая открытая система реального времени, часть IoT-решения Huawei "1+2+1".
  • Tizen OS (Samsung) — в мае 2021 года было объявлено о скором объединении Wear OS и Tizen OS под единым брендом Wear[10].
  • watchOS — проприетарная мобильная ОС для Apple Watch, разработанная Apple.
  • Wear OS (ранее Android Wear) — операционная система для умных часов от Google.

История

Поскольку определения терминов «носимое устройство» и «компьютер» могут быть весьма широкими, первым носимым компьютером можно считать как ранние абаки на шнурке, так и кольцо-абакус 16 века, или наручные и кольцевые часы королевы Елизаветы I, либо скрытые в обуви устройства для подсчёта в рулетке (Торп и Шеннон, 1960–70-е)[11].

Однако под «компьютером» обычно понимается программируемое устройство для сложных вычислений, интерфейса и управления данными. В этом смысле первый носимый компьютер был изобретён Стивом Мэнном (англ. Steve Mann) в конце 1970-х годов:[12][13]

Стив Мэнн, профессор Торонтского университета, назван отцом носимого компьютера и первым виртуальным панелистом ISSCC модератором Вудвардом Янгом из Гарварда

— IEEE ISSCC, 8 февраля 2000

Развитие технологии проходило этапы миниатюризации: от дискретной электроники и гибридных схем к интегральным, где один чип, батарея и несколько интерфейсных элементов составляют весь компьютер.

XVI век

Королева Елизавета I Английская получила часы от Роберта Дадли в 1571 году; вероятно, носила их на предплечье. Также у неё было «кольцо-часы» с будильником[14].

XVII век

Во времена династии Цин в Китае появился миниатюрный абакус-кольцо, которым можно было пользоваться, не снимая[3].

1960-е

В 1961 году математики Эдвард Торп и Клод Шеннон создали таймеры для подсчёта вероятности выигрыша в рулетку. Один экземпляр был спрятан в обуви[15], другой в пачке сигарет. Такие устройства не считались универсальными компьютерами, так как были приспособлены к одной задаче, однако стали прообразом носимых вычислений[16].[17]

1970-е

Карманные калькуляторы стали массовыми в 1970 году (Япония); программируемые калькуляторы появились в конце 1970-х. Часы-калькулятор HP-01 были выпущены Hewlett-Packard в 1977 году[18].

В 1977 году C. C. Collins создал жилет с тактильной обратной связью для слепых — система преобразовывала видеосигнал в вибрационную сетку[19].

1980-е

В 1981 году Стив Мэнн собрал мультимедийный носимый компьютер с поддержкой фото/видео. Мэнн стал известен благодаря своим исследованиям в области носимой электроники и лайфлоггинга[20].[21]

Компания Seiko Epson представила в 1984 году часы-компьютер RC-20 — ранний пример умных часов с вычислительным чипом.

В 1989 году Reflection Technology выпустила частнопользовательский головной дисплей Private Eye. Это устройство породило новые разработки, в т. ч. студенческие проекты IBM/Columbia University Student Electronic Notebook[22], Hip-PC Дуга Платта[23] и VuMan 1 (Carnegie Mellon University).

1990-е

В 1990-х популярность приобрели КПК, в 1999 году они были объединены с мобильными телефонами (Япония) — появились первые массовые смартфоны.

В 1993 году система Private Eye была использована в мобильных носимых устройствах Тада Старнера (MIT), а также в системе KARMA (Columbia University) — прототипе дополнённой реальности для сервисного обслуживания[24].[25]

В 1994 году Эдгар Матиас и Майк Руиччи (Торонто) продемонстрировали наручный компьютер с одноручной клавиатурой Half-QWERTY[26]. IBM разработал «поясной компьютер» с половинной клавиатурой[27].

В 1998 году Стив Мэнн собрал первые в мире умные часы. Они были продемонстрированы на обложке Linux Journal (2000) и ISSCC 2000[28].

2000-е

В 2000-х продолжилось развитие носимых устройств для дополнённой реальности. Например, университет Южной Австралии создал систему Tinmith[29].

В 2002 году компания Xybernaut выпустила носимый ПК Poma, который не достиг коммерческого успеха[30].

GoPro выпустила свою первую носимую камеру GoPro HERO 35mm, начав успешную серию устройств для экстремальных видов спорта.

2010-е

В 2010-х был достигнут прорыв в области стандартизации интерфейсов (Bluetooth, IEEE). На рынке появились новые формы устройств, включая часы-компьютеры (Sony SmartWatch, Fitbit, Apple Watch), оптимизированные под смартфоны[31]. В 2013 году Google Glass представил оптический головной дисплей (OHMD), ориентированный на интеграцию интернета и голосовых команд[32].[33]

2020-е

5 июня 2023 года компания Apple анонсировала шлем Apple Vision Pro, сочетающий в себе вычислительный модуль и прозрачный дисплей[34].

Коммерциализация

Выход на массовый рынок универсальных устройств от компаний Xybernaut, CDI, ViA оказался ограниченно успешным. Например, Xybernaut не сумела удержать позиции после делистинга и банкротства в 2005 году; ViA, Inc. прекратила существование в 2001 году.

В 1998 году Seiko выпустила компьютер в часах Ruputer — продажи были низкими. IBM в 2001 году продемонстрировала прототипы Linux-часов, но до массового производства не дошло[35]. Fossil Wrist PDA (Palm OS) впервые появился на рынке только в 2005. Timex Datalink и Hitachi Poma — примеры практических решений. Eurotech выпускает систему ZYPAD с GPS, Wi-Fi, Bluetooth[36].

Более успешными оказались устройства с узкой специализацией (например, мобильный сканер-терминал WSS1000 для складских сотрудников)[37].

Устройства в виде наушников с биометрией выпускают LG и iriver[38].

В массовой культуре

Многие идеи для носимых компьютеров пришли из научной фантастики. Ключевые образы:

  • 3D-интерфейс — управление голографическими экранами (см. фильм «Особое мнение»)
  • Интеллектуальный текстиль и smartwear — одежда с датчиками («Трон» и др.)
  • Очки-сканеры угроз — фильтруют обстановку (Terminator, Kill Switch)
  • Умные контактные линзы (Mission Impossible 4)
  • Броня с экзоскелетом (Iron Man, Predator, Metroid)
  • Наноботы для памяти (Total Recall)
  • Инфракрасные наушники и визоры (RoboCop, Metroid Prime)
  • Наручные компьютеры («Pip-Boy» из Fallout, браслет Лилы — Futurama)
  • Подвески/кулоны-компьютеры («Прометей», Iron Man)

Развитие технологий

Носимые компьютеры стали незаменимыми в медицине (например, портативные сенсоры для диабетиков)[39].

Основные элементы:

  • дисплей
  • вычислительный блок
  • управляющие элементы (клавиши/жесты)

Проблемы и ограничения

К типичным проблемам относят вопросы безопасности, приватности данных, регуляторные и этические дилеммы[40]. В США устройства рассматриваются FDA как «продукты общего благополучия», отдельные аспекты попадают под законы о конфиденциальности персональной медицинской информации.

Технологии носят также социальный и культурный характер — например, Bluetooth-гарнитуры облегчают общение, но способствуют технологическому отчуждению[41].

Будущее технологий

Перспективные направления: дисплеи дополнённой реальности (Vufine+, HoloLens 2), автономные VR/AR-гарнитуры (Oculus Quest 2), дальнейшая миниатюризация (Raspberry Pi Zero, LattePanda), новые методы управления (жесты, эргономичные клавиатуры, распознавание образов, системы AI data glove).

Военное использование

Идея использования носимых компьютеров в армии была реализована в США ещё в 1989 году. Наиболее масштабная программа — Land Warrior армии США, в перспективе совмещённая с Future Force Warrior[42]. В Индии реализуется проект F-INSAS, включающий носимые компьютеры для бойцов.

См. также

Примечания

Литература

  • Barfield, Woodrow. Fundamentals of Wearable Computers and Augmented Reality : [англ.]. — CRC Press, 29 июля 2015. — ISBN 9781482243512.