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撰稿 | 王瑞平

據多家國外媒體爆料，蘋果公司將在自家舉辦的WWDC 2023大會上大概率發布xrOS系統以及Reality Pro MR頭戴設備。這可能是蘋果公司繼Apple Watch和AirPods后推出的全新可穿戴產品線。隨之將引爆新一輪的可穿戴產品熱潮。

本著對可穿戴技術的好奇，51CTO技術棧采訪了可穿戴技術領域專家，美國羅格斯大學生物工程系的牛思淼教授，邀請牛教授探討可穿戴技術的前沿內容和發展趨勢。

牛思淼教授在可穿戴技術領域深耕多年。在羅格斯大學任教前，牛教授曾在蘋果公司健康傳感和科技部門擔任研發工程師，先后參與過Apple Watch的心電圖、溫度傳感器等重要功能的研發。時至今日，牛教授不僅在學術領域成果頗豐，還親身親歷了Apple Watch從設計、研發、測試到投入市場的全過程。牛教授在可穿戴領域的學術研究和產業研發沉淀可謂相當深厚。

“完成斯坦福大學博士后的研究工作，我進行了詳細的職業規劃。彼時，我所從事的科研偏向于應用技術研究，了解工業界電子設備最領先的技術是很有必要的。蘋果公司也是業界的領頭羊。因此，我決定加入蘋果公司，投身于產業一線的硬件設備研發工作。”牛思淼回憶說。

“加入蘋果公司這個職業規劃對我未來的發展會更有好處。說到底，我的長遠目標是成為一名教授進行最前沿的學術研究。這幾年的公司工作經歷能夠拓寬我的視野，對我接下來的研究工作幫助很大。”牛思淼補充道。

“相比于在蘋果所參與的具體研究項目，蘋果內部所傳遞的硬件研究態度，尤其是服務于無處不在的真痛點、解決掉大有意義的小問題，對我未來在可穿戴領域的前沿學術研究有舉足輕重的意義。”

這次專訪，牛教授講述了他在蘋果公司的研發經歷和他現階段從事的柔性可穿戴技術研究。

1、真痛點：庫克的感謝信  

加入蘋果后牛思淼教授參與的第一個研究是蘋果手表心電圖測試功能，搭載此功能的產品于2020年9月16日發布，并于2020年9月20日正式開售，即Apple Watch Series 6。

“我們的工作非常有意義。”

近三年的工作中，有件事讓牛教授至今記憶猶新。蘋果手表的很多用戶對牛教授所參與研發的上述心電圖功能特別認可，發自內心的認為Apple Watch挽救了他們的生命。這樣的契機下，這些用戶給蘋果CEO蒂姆·庫克(Tim Cook)發送電子郵件作為感謝信。而庫克也將感謝信轉發給了健康傳感部門里的每一位工程師。

“在蘋果工作不到三年的時間內，我們大概收到了一兩百封感謝信，這讓我感到我們的工作意義重大，也明確了未來前進的方向和動力，”牛教授強調。

上面的故事引出了一些用戶飽受煎熬的痛點——無處不在的慢性病。能夠讓人們隨時隨地佩戴，在沒有感知的狀態下能夠自行實行健康監測，并且發現不為人們所察覺的慢性病，是可穿戴設備所能解決的真痛點。解決真痛點也是牛教授重回學術圈，在羅格斯大學開啟新型可穿戴設備研究的研究初心。

2、“小”問題：小問題也是大問題  

回憶起在蘋果的工作經歷，蘋果的健康傳感部門需要解決Apple Watch大規模量產過程中產品的各種問題，包括：原型樣機的硬件設計、軟件設計、測試流程規范以及極端環境下的可靠性測試等。此外，量產前的人體測試也必不可少。

“我們把小問題當作大問題重視，改進工藝、改進設計，”牛思淼教授回憶說。

“蘋果公司在開展測試的環節堅持一套非常規范的流程。大家態度嚴謹，嚴把硬件設計難關，細致打磨產品，對技術指標要求也是非常苛刻。”這樣的健康研究方法論和技術指標嚴要求也成為了牛教授對自己課題組的要求。在羅格斯的研究工作中，牛教授始終在追求功能前沿性的同時盡力追求著研究成果產品級的可靠性，不放過任何一個“小”問題。

3、新領域：柔性可穿戴設備  

在離開蘋果公司后，牛思淼教授開啟了全新的柔性可穿戴健康設備的研究。相比于智能手表這種硬質設備，牛教授實驗室所研究的新型柔性可穿戴健康設備擁有更好的貼合度與舒適性，功能上也更追求人性化。這樣的柔性可穿戴設備可以完美貼合人的身體肌膚，一方面面向未來的人機交互領域，另一方面也更能長久的解決很多疾病預警和慢病監測問題。

牛教授關于身體網的研究對未來的可穿戴個人電子設備具有革新和啟發的重要作用。這項研究中牛教授使用金屬墨水將天線和傳感器打印到柔性貼片上，使其可以像創可貼一樣粘合在皮膚表面。貼片能夠無線發送健康數據并與夾在衣服里的閱讀器進行交互。通過將健康傳感器和貼片相結合，可以實現人體各個健康指標的監測。這塊和人直接貼合的貼片不含任何芯片/電池，從而在方法上解構了現階段的可穿戴健康監測設備，設計出了一條新的路線。這項研究以“A wireless body area sensor network based on stretchable passive tags”為題發表在了電子工程領域頂級期刊Nature Electronics上。

牛教授在可穿戴治療設備上也開展了前瞻性的研究，提出了一款擁有閉環電刺激治療功能的柔性智能創可貼。“我開發的智能創可貼產品可以無線收集能量，然后產生電信號刺激傷口。這款智能創可貼既能電刺激傷口幫助傷口愈合，還可以測量傷口阻抗，來實時監控傷口的愈合狀態。如果發現傷口愈合狀態不對，閉環反饋的算法可以進行自動調整，”牛教授介紹。

這款創可貼一經提出就受到各界的廣泛關注，成為慢性傷口愈合領域非常重要的創新療法。應用場景和創新療法的震撼之余，研究對于電擊后皮膚組織的轉錄組學研究和電擊治療的分子學機制也擁有相當大的推動作用。這項研究以“Wireless, closed-loop, smart bandage with integrated sensors and stimulators for advanced wound care and accelerated healing”為題發表在了生物醫學領域頂級期刊Nature Biotechnology上。

除了上面直接面向健康的功能性研究，牛教授對于可穿戴/植入式醫療器械的能量供給與管理也有著深入研究。牛教授設計了一套皮下可植入式柔性超聲能量收集系統。該系統將摩擦納米發電機換能器和電源管理電路集成到單個柔性印刷電路板上，用于植入式設備的供電，用來解決其電池壽命的關鍵問題。這里，牛教授選擇超聲作為能量傳輸介質，主要是因為超聲對于電磁波來說，人體吸收的能量更少、安全功率更大。所以，這款可植入的超聲能量收集器能夠潛在地收集到更多的能量，設置達到一到兩毫瓦的直流功率。這項研究以“An ultrasound-driven implantable wireless energy harvesting system using a triboelectric transducer”為題發表在了材料領域頂級期刊Matter上。

對于可穿戴健康領域的算法研究，牛教授也有獨到的見地。目前，學術主流研究經常使用復雜的神經網絡訓練可穿戴健康領域的疾病識別算法，但是，神經網絡一個非常大的缺點是算法過于復雜，需要樣本量較大才能有效避免過擬合。而研發領域很難采集到足夠大的樣本量。“因此，我的研究方法是對樣本進行傳統的特征提取，然后用特征訓練傳統的機器學習算法。我的研究很少用復雜的算法，這不僅是我們對準確度的追求，也是對可穿戴設備降低算法功耗的考量。”牛教授說。這種方法對特征提取要求較高，要求研究者擁有豐富的技術沉淀，對信號處理，生物醫學都要有比較好的了解。這也是牛教授對自己研究團隊提出的高標準、嚴要求。

4、看未來：預測未來五年可穿戴領域新趨勢

當我們對于可穿戴設備還停留在智能手表、智能手環、智能耳機等場景下的時候，可穿戴的研究人員們已經提出了各種各樣的可穿戴解決方案。基于此，我們最后請教了牛思淼教授關于可穿戴技術的未來發展新趨勢的問題。

“可穿戴技術的未來我們還是要分硬質設備和柔性設備兩方面來展望。其中，硬質設備正朝著專業標準下的醫療功能邁進，目前行業內無袖帶的血壓監測方案和無創的血糖監測方案都是研發的重點。柔性設備則更加激進的關注于本征柔性化的可穿戴技術開發，致力于構建晶體管、集成電路層面的柔性系統。”牛教授如是說。

“此外，可穿戴設備的運動偽影消除、降噪、算法層面的信號處理與機器學習預測、功耗層面的低功耗優化等，都將共同推動可穿戴技術的發展。這不是單一學科的突進，而是多學科多交叉領域，科學研究與工程實驗共同推進的周密工程。”牛教授最后說。