Apple Watch 可以玩遊戲？

現在的智能手錶不僅能實時的監測心率 心電 血氧濃度 體脂這些生物數據 還能依靠這些生命體徵數據 計算出你可能潛在的健康問題 你是否好奇過 你現在戴着智能手錶 時不時的發出不同顏色的光 它們都是怎麼獲取我們的生命體徵信號的 有了這些生命體徵信號 一些類似於手勢控制這種上層應用又是怎麼實現的 藉助這些生物信號 以後可能會出現哪些好玩的應用場景 這一期視頻我來聊聊模擬芯片 以及生物傳感器是如何運作的 還有以後生物傳感器會有哪些新的玩法 哪怕是不懂科技的朋友 我相信看過幾次蘋果 三星這些大廠的產品發佈會 也都大概能明白智能手錶的傳感器是怎麼運作的 生物傳感器探測我們的生物信號 然後手錶裏的SoC進行復雜的計算 最後再給出一個結果 當然這是一個簡化版本的原理 實際上很多關鍵的步驟都被忽略了 比如說生物信號到底指的是什麼 這些信號又是如何被轉成電信號的 電信號又是怎麼被利用的 這裏就要提及模擬芯片的概念了 模擬芯片是專門用來處理模擬信號的 你可以想象在一個平面的座標器裏面 任何時間都可以對應一個精確的數值 隨着時間的變化 模擬信號是連續變化的 在我們的現實世界裏面 聲音 溼度 速度的變化 這些都是連續變化的信號 要獲取這類的信號就需要模擬芯片來處理 模擬信號經過放大 降噪 濾波等處理之後 經過魔術轉換變成數字信號 纔可以被手錶上負責計算的數字芯片來識別處理並且做計算 一般來說模擬信號的芯片種類比較多 能做的事是比較專一的 常見的模擬芯片有兩大類 第一類就是電源管理芯片 主要的職責就是來檢測硬件系統裏面 不同的元器件對於電量的需求並且分配電能 還要負責焦質流的轉換 另一個大類是信號鏈芯片 主要針對的是現實世界裏面的模擬信號的採集 放大 濾波等處理 比如用來識別聲音的麥克風 就會搭配專門的模擬芯片 用來識別觸摸屏上手指的位置 也會有專門的觸摸屏模擬芯片 還比如說用來識別人體生物信號的傳感器 也會搭配模擬芯片 換句話說 各種傳感器是用來接收現實世界裏面的模擬信號的第一關 第二關就是模擬信號對於連續信號的魔術轉換 第三道關纔是數字芯片對於信號的處理 數字芯片我們相對就比較熟悉了 比如說大家都知道的CPU GPU V控制器 ISP 還有包括存儲芯片 這些都是數字芯片 做模擬芯片有一家巨頭公司叫做ADI Analog Device Inc 聽聽 名字裏就帶着Analog 模擬這個詞 他們做的模擬芯片就廣泛應用在各種品牌的智能手錶和手機裏面 有負責識別觸摸屏信號的 有負責生物傳感器信號的 其中ADI做的ADPD6000這個信號的芯片和剛發佈的迭代款ADPD7000 這兩個模擬芯片就能夠做到採集並且監測各種生物信號 比如說包括血氧 心率 還有心律變異性 還有ECG 皮膚電反應 這些生物信號的識別還有檢測有一個統稱 叫做VSM Vital Signs Monitoring ADI這家公司作爲VSM芯片行業的一個巨頭 他們的中國事業部在國內有自己的設計人員 也有生產封測資源 這家公司他們做的模擬芯片的產品作爲VSM模塊 被廣泛應用在各種智能手錶裏面 今天我主要聊聊他們的VSM芯片 具體都是怎麼實現各種生物信號的檢測的 我來解釋一下一些常用的VSM生物信號的檢測方式和它們的特點 智能手錶一般通過一個叫做Photoplasmography 簡稱PPG的方法來測量心律血氧和心律變異性 PPG在中文裏面叫做光電容積脈搏波瞄記法 原理是通過光的照射 在我們的活體組織裏面檢測血液容積的變化 在醫院使用專業的醫用儀器 比如說血氧夾 LED燈珠發出的光線要穿透手指 被血氧夾下方的光電傳感器接收 不過智能手錶的功率有限 而且佩戴的位置在手腕上不太可能採取像血氧夾那樣穿透的方式 所以手錶上的傳感器是反射式的 PPG是怎麼具體獲得心律信號的呢 需要測量心律的信號 生物傳感器上的綠色LED就會被激發照射皮膚 那麼爲什麼要用綠色的LED光 因爲光也是電磁波的一種 血液裏面的血紅蛋白比較容易吸收綠色的電磁波 每當我們的心臟跳動的時候 由於毛血血管裏面的血紅蛋白對於綠色光的吸收 在傳感器的視角看 反射的綠色光強度就會產生變化 通過這種週期性的變化 也就得到了一下一下的這種心律的信號 血氧飽和度的檢測需要用到兩種光 一種是紅外光 一種是人眼可見的紅光 在電磁波譜上分別對應的是940納米和660納米的電磁波 想要測量血氧飽和度 就要對比血液裏面的脫氧血紅蛋白 和氧核血紅蛋白兩種蛋白的比例 脫氧血紅蛋白對紅色可見光的吸收度比較高 同時氧核血紅蛋白對於不可見的紅外光 有比較高的吸收度 通過這兩種光的照射 就可以計算出氧核血紅蛋白和總血紅蛋白的比例 這個比例我們就可以算出血氧飽和度 在人體的組織裏面的紅外光 有比綠色的光有更強的滲透性 我們可以通過人爲的 通過不同顏色的光的不同特性 來觸及皮膚組織的不同深度 來獲取我們需要的生物信息 皮膚電反應的檢測就更有意思了 顧名思義 皮膚電反應測量的就是皮膚導電性的微小變化 導致皮膚有這種導電性的微小變化的原因 主要是由汗腺的活動和膠感神經的活動導致的 皮膚上的汗腺出汗是一個非常快的行爲 一出汗 汗液裏面的鹽分就會導致皮膚導電性產生差異 汗多 皮膚導電性就上升 汗少 導電性就下降 甚至某些測謊儀就利用到了皮膚電反應 結合算法來實現準確率並不低的結果 所以我們說謊的時候 可能我們自己都意識不到 在微觀的尺度上 我們的皮膚就會產生超級快和超級微小幅度的出汗現象 所以皮膚電檢測可以實現秒級的響應速度 我剛纔說到的這些VSM生物信號 經過ADI的VSM芯片處理 採集成數字信號 就可以藉助算法來實現更多高級的應用了 我舉幾個例子 比如說ECG芯片圖 你獲取到一個完整的芯片圖 大概是這個樣子 在波形的不同位置 結合醫用的大數據 我們就能得知在不同位置發生異常的顫動 可能就代表着心臟存在某些潛在的疾病 比如說屁波異常 就往往代表心房肥大或者是防律失常 QRS波段的異常 可能會意味着你的心室肥大或者說視率失常 T波異常可能代表着心肌缺血或者說高價血癥 U波異常可能會意味着低價血癥 這些信息都不是生物信號傳感器直接告訴我們的 而是要結合醫用的大數據 還有其他的指標 比如說心率 血氧濃度 這些具體的指標來具體分析 關注自己的健康問題 傳統的方式是需要跑醫院 做各種檢查 做各種體檢的 但是現在我們隨手帶的智能手錶 就可以藉助ADA他們的VSM的芯片 實現對自己健康的持續並且實時的檢測 可以說是現代人藉助科學進步 然後實現的一個非常大的壯舉 甚至VSM信號經過長期的學習和檢測 我們甚至可以識別我們人的情緒的壓力 你是不是緊張了 是不是焦慮了 甚至能檢測出你是否可能會患抑鬱症的前兆 今年的蘋果手錶S9發佈的時候 蘋果就演示了一個手勢控制手錶的一個方式 這套交互方式的實現方式就非常複雜 並非像大家理解的 可能是做了一個動作 或者按下了一個按鍵這麼簡單 實際上蘋果是通過加速傳感器 結合VSM芯片提供的各種生物數據 再結合他們的神經網絡引擎訓練實現的 我儘量用一個大白話 跟大家解釋一下這套機制的識別的方式 想象一下你的手做出了這樣的一個手勢 你在做這個動作的過程中 你的手錶裏面的重力傳感器 識別到了一個運動的模式 皮膚電反應也產生了一個特定的模式信號 血氧濃度和心率也產生了一個特別模式的信號 那麼經過手錶非常複雜的學習 結合了各種傳感器的信號特徵 手錶的處理器就認爲 各種傳感器在某一個手指動作表現出的各種特徵 就代表了手指做出了某種特定的動作 這就是爲什麼最新的蘋果的手錶裏面加了NPU核心 就是爲了訓練 學習和識別各種複雜的傳感器信號了 剛纔我提到的都是健康方面的應用 說到這裏我跟大家開個腦洞 以後的智能手錶藉助VSM芯片和各種生物數據 能玩出什麼樣的花 理論上講以後我們帶着有VSM芯片的手錶 試想我們玩遊戲的時候 手錶可以根據我們的出汗情況 心率情況來動態的調節遊戲難度 比如說打殭屍的時候 手錶發現你的心率沒上升 那就多給你刷幾個精英怪 或者可以突然出現在你面前一個殭屍 然後嚇你一跳 如果手錶發現你的心率過快 可以動態的調節讓敵人變蠢 更容易被你殺掉 通過這些方式能夠讓遊戲變得更好玩 更有沉浸感 而且能做到更深入的定製化 讓不同膽量 不同水平的玩家 都能得到適合自己的獨一份的遊戲體驗 再給大家開個腦洞 有沒有想過以後手錶 可能並不是唯一的VSM芯片的載體 有沒有可能做成耳機的形態 有沒有可能做成頭戴式顯示器的形態 換句話說以後的可穿戴設備 都可以搭載VSM芯片 來識別我們的生物數據 在個人健康領域 娛樂領域 都會發揮非常獨特的價值 而專門做VSM芯片的企業 比如說ADI 雖然說他們的產品 被整合進了各種消費級電子產品 比如說ADI的ADPD7000和6000 你可以在各種大廠做的產品裏面 找到這兩塊芯片的身影 但是我們大衆 其實對它們的認知度並不高 所以今天我這個視頻 主要是介紹了一下VSM行業 和模擬芯片的概念 希望大家在享受到 各種可穿戴設備上的高科技 帶來的便利的同時 能對做底層傳感器 底層算法 和芯片支持的廠商和產品 有一個大概的瞭解 正是ADI這樣的科技公司 對於底層技術的研發 才能讓很多整合商和品牌商 推出劃時代的科技產品 最後大家也可以開一下腦洞 想一想結合VSM生物數據 還能出現哪些好玩的應用場景 留言討論一下 我會挑出一個我認爲最有意思 最有可能實現的留言 然後送一隻蘋果的S9手錶 我是AK 我們下個視頻再見