既然穿戴式裝置的發展已經是不可逆的潮流，如何克服其設計挑戰，讓相關設備的發展過程能更加順遂，成為目前穿戴式市場的當務之急。

綜觀穿戴式裝置技術的發展，大致可分為應用軟體、顯示技術、人機介面、感測器、通訊技術與電源供應等六大層面。儘管設計人員普遍將軟體與人機介面等項目視為開發關鍵，然而對於穿戴式裝置來說，一旦沒了電，再怎麼智慧的功能都無法運作，因此電源供應與元件功耗可說是最核心的問題。

低功耗是競爭力關鍵

穿戴式裝置小歸小，但嚴格說起來，其系統架構與一般3C電子產品之基本方塊圖差異不大，同樣包含了類比/數位轉換IC、處理單元的MCU/AP/CPU、記憶體、網通連結IC、介面IC、電源管理IC、顯示IC、音效IC等，主要差異乃在於不同種類的感測器應用。穿戴式裝置儘管都是最新的產品，但其所採用的並不一定都是最先進的零組件，由於輕巧與低功耗是設計重點，因此元件功耗大小也成為產品競爭力的關鍵。

事實上，不只穿戴式裝置，電源供應的問題早就已經成為所有行動裝置甩不開的枷鎖。以目前市面上現有的行動裝置來看，電池續航力就像一道緊箍咒一般，希望讓所有的行動裝置成為一日裝置（One Day Computing），也就是充完電至少能使用一整天。然而，在頻繁地使用下，這些裝置在幾個小時內電力就告竭了，只好頻繁充電，這也是導致目前行動電源產品盛行的主因。

穿戴式裝置受限於體積，並無法搭載大容量的電池，加上目前電池能量密度的成長其實非常緩慢，趕不上產品的耗電發展，這使得延長電池續航力的目標，短期內很難以電池技術來達成。也因此，針對穿戴式裝置電源供應的問題，目前解決方法不外乎是透過外在特效藥，以及內在調體質等兩大方向。

外在特效藥：充電技術

外在特效藥說穿了，就是透過充電技術。免除接上插頭的充電方式不談，目前除了行動電源之外，智慧終端大廠似乎也意識到電源供應將成為行動裝置的發展瓶頸，而積極在相關的電力供應方案上進行佈局。例如蘋果擁有固態電池充電、裝置表面太陽能充電、動能充電、與無線充電等專利；三星也掌握了表面太陽能充電與無線充電等專利；微軟則擁有無線充電相關專利。

這些專利佈局或許不等同於商業化，然而從這些大廠的佈局方向，其實也可以嗅出一些未來供電方案的端倪。無線充電可隨時隨處進行充電的特性，似乎將在下一代行動裝置與穿戴式裝置的電源供應上，扮演重要角色。此外像是表面太陽能充電，也頗獲得這些大廠的青睞。

德州儀器行銷經理何信龍認為，太陽能充電其實可以視為是能量採集（Energy Harvesting）的一環，而能量採集也一直都是渴求電力來源的設計師們不斷討論的技術之一。從人的身上究竟能夠採集到多少能量？根據估算，身體的熱能可擷取到0.6~4.8W的能量、呼吸約0.4~2.5W、鍵盤敲擊約0.019W、走路則可獲得5~8W的能量，最為可觀，因此透過步行進行能量採集是可能性最高的方式。

只不過，以目前能量採集的效率，使用者要靠走路來讓隨身裝置充飽電，恐怕把腳走斷了也還很難做到。看來現階段仍以行動電源搭配無線充電，算是較務實的行動充電方案。

內在調體質：降低功耗

想延長穿戴式裝置的續電力，除了從供電下手外，減少系統整體功耗也是不可或缺的方式。也因此，穿戴式裝置必須調整體質，讓整體功耗更低，例如採用低耗電量之晶片或顯示器。

處理器與顯示器是提供穿戴裝置運算處理能力並顯示資訊的兩大關鍵，但也是最為耗電的兩大元件。顯示器方面，目前Pebble智慧手錶便採用夏普Memory單色LCD，Qualcomm的Toq智慧手錶則使用Mirasol顯示器等，都是希望透過這些低功耗顯示技術來降低整體系統功耗。

ARM vs. Intel

處理器為所有電子裝置的運算核心，重要性不言可喻，對於穿戴式裝置來說，如何在效能、功耗、尺寸、成本之間找到最佳的平衡點，則是設計上必須面對的挑戰。

從行動裝置到穿戴式裝置，ARM核心顯然仍為首選的方案。目前浮上檯面的穿戴式裝置普遍選用基於ARM Cortex-M系列的32-bit MCU，供應商包括ST、Silicon Labs、TI、Microchip和Freescale等國際大廠，以及新唐、盛群等台灣廠商。至於台灣8bit MCU廠商有機會切入主打消費性應用的低階穿戴裝置，16bit MCU廠商則可嘗試切入中階市場。

面對ARM陣營的來勢洶洶，英特爾推出Quark處理器回?。Quark是英特爾於2013年9月為了搶進穿戴裝置市場所發表的處理器，尺寸為Atom的五分之一，功耗則是Atom的十分之一，其應用鎖定物聯網（IoT）及穿戴式裝置，包含娛樂、醫療、運動、健身、工業等市場，也與過去英特爾針對智慧手機與平板電腦所主推的Atom處理器做出區隔。

目前英特爾已與開放原始碼硬體廠商Arduino合作，推出相容於Arduino開發板的Intel Galileo開發板，計劃免費送5萬片給各大專院校，鼓勵學生發展出以Quark為基礎的系統應用，甚至透過開放式的IP授權方式，來加速擴張穿戴式裝置晶片市場。此外，英特爾也積極投資健康穿戴裝置業者Basic Science，以及運動穿戴裝置業者Recon Instruments，其爭霸穿戴式市場的野心不言可喻。

外接輔具 解決電力問題

穿戴式裝置特色是必須要能與身體結為一體，小巧輕薄是設計上的充分必要條件。只不過，並非所有的穿戴應用情境都要求做到極低的耗電標準，不同的應用將對電力供應產生不同程度的需求，某些利基市場甚至可允許穿戴式裝置外接輔具。

工研院IEK產業分析師侯鈞元指出，就市面上現有與即將發表的穿戴式裝置來分析，又分為長時間配戴型（如智慧眼鏡、智慧手錶、醫療設備等）與短時間配戴型（如娛樂用頭戴顯示器、健身手環、工業設計輔助眼鏡等）等不同產品。

基本上手機配件、醫療照護都屬於必須每天長時間配戴的產品，企業、娛樂、健身等用途則都是需要時才短時間配戴的裝置。依據這些不同應用情境與使用環境，可適當地搭配外接輔具來提高其性能。

透過外接輔具，可以提升穿戴式裝置主體之各種性能，如外接電池、外接運算主機、外接3G模組等。這些外接輔具可置於口袋，或穿戴於身體其他部位，如頸掛、手臂等。

儘管外接輔具會讓消費者直覺認為這個產品不再那麼便利了，但衡量成本與效益後，部分應用市場應該能夠接受。特別是目前已有許多廠商，採用外接的方式來解決電力供應問題。在電力技術有大幅度的突破之前，外接輔具的方式的確是讓廠商搶先切入市場的捷徑。

表一 : 穿戴式裝置使用情境與需求

結語

穿戴式裝置的關鍵技術，正在於輕薄、省電與智慧。也因此，可以捨棄最先進的元件，將設計重心放在輕巧與低功耗上，這也正是穿戴裝置的競爭力關鍵。不論是直接充電、無線充電、外接輔具或者能量採集，都會是穿戴裝置補充電力的方式。這種多元充電架構，搭配更低功耗的元件採用，將是未來穿戴裝置的主要面貌。

還怕穿戴裝置電力不夠嗎？可以方便充電就對了。

圖一 : 英特爾與ARM處理器功耗與效能比較。(Source:工研院IEK)

圖二 : 透過外接輔具可解決穿戴裝置初期技術障礙。(Source:工研院IEK)