【独家干货】可穿戴技术革命

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本讲座选自清华电子系校友、“千人计划”创业人才陈凯在清华大学数据科学研究院、清华大学医学院与中国医院协会疾病与健康管理专业委员会于2015年1月16日在北京举办“清华大学医疗健康大数据前沿论坛”上所做的题为《可穿戴技术革命》的演讲。

谢谢大会组织方邀请我,给我这样的机会,每隔十年都有机会受到邀请就我所从事的感兴趣的话题做一个报告,另外在我整个职业生涯里将近30年中,从清华毕业后,所依靠的基本上都是清华打下的基础,待会儿也会从这个角度介绍一下我所从事的工作,把我们所学到的一些知识分享给大家。

我演讲的题目是《可穿戴技术革命》,这个是打了引号的,我不愿意用很专业的术语来描述一些事,但是我今天用了革命这个词,原因我在下面有介绍,有回应。

这个报告的组织大概分成引子、前世今生及推手,其实就是源起,我也会引进这里面的推手之一,任何一个产业的催生绝不是一个个人或者一个机构就能促成的,再就是可穿戴技术革命,为后面的Summary提供巧妇难为无米之炊的“米”。

我刚从美国回来,参加完CES,现在还处于时差状态中,买了一本美国的时代杂志,时代杂志年底到年初这一期,是2015年DISCOVERY,CALENDAR,说2015年我们预计会见到什么。我把这个拍下来了,左上角是人类期待的第一件事,欧洲加速器今年将重新启动,达到最高峰值,左下角是人类的第一款太阳能驱动的无人机将环球飞行。

右边中间我们可以看到APPLEWATCH,虚拟电池,然后是WINDOWS10。杂志的最后一页专门对这一期的10个问题进行讨论,大家对这10个问题理解的对不对,关于APPLE WATCH今年发布到底意味着什么,其中有一个就是APPLE又搞怪,开车都没办法专注,其实正确的答案是,可穿戴技术的革命终于来到了。这是一个引子。

这两个引子里面有一个共同点,这就是我这张幻灯片想讲到的,欧洲电子对撞机再一次启动。大家非常关注的点是在2014年3月,不到一年前,科学家们,天体物理学家在南极观测到了引力波信号,这个引力波信号是否正确,到今天还在争论当中,其中欧洲电子对撞机的再次启动,很可能会证实这一点。

在我们的有生之年,人类对于物理大宇宙的理解推进了49个数量级。

宇宙以及宇宙的全部能量是在小于一个原子的空间里、在137亿年前爆炸产生的,2013年我们才拍照到了整个宇宙形成40万年前,也就是右上角这张图片的全景图,在2012年,得到了诺贝尔物理奖的上帝粒子,把人类对宇宙的认识推进到10的负12次方秒。

去年发现的引力波的观测,很可能推进到10的负36次方。另外一件事是10的负49次方产生的影响将是非常深远的,这是物理学对于宇宙的理解。

物理的另外一个分支,从我入清华到我所从事的器件物理,在某种程度上改变了我们今天的生活。1947年发明的晶体管,1959年的集成电路,1969年发明的CCD,这些都获得了诺贝尔奖。一部手机里面几乎涵盖了所有这些诺贝尔物理奖,那么他们在过去的岁月里,发生了什么变化呢?

其实就是1967年因特尔的共同创始人摩尔在集成电路八年的发展过程当中就已经发现,集成电路的发展是几何的,每两年芯片的数量成长一倍,功耗降低一倍,功能增大一倍,他觉得这有可能是趋势,事实果真是,用了30年的时间,我们的芯片面积缩小了九个数量级,就是10的九次方,功耗是物理上最难克服的,但是一百倍的功耗下降,意味着从七号电池变成了钮扣电池,已经为今天的可穿戴打下了重要的基础。

人类第一个计算机,这当然不是1959年发明的,而是更早一点,但是我们依然可以用90年代中期的科技进行一个简单的比较,右下角这台计算机运算5500次每秒,因特尔的这个20年前的产品,4.4亿次每秒的处理能力,它是用电子板做成的,重达30吨,90年代中期的样子,那时候被比喻为人类最贵重的物体,超过了任何一种贵重金属单位重量的含量,摩尔定律30年以后,人类进入了移动终端,进入了互联网,我还记得我第一次接触互联网的新奇,到现在GPS已经开始进入了我们的生活。

讲到这儿,我注意到了一个推手,我愿意把它引荐出来,是谁发明了移动终端?谁发明了全球卫星的GPS、导航系统?是谁发明了互联网?谁发明了无人驾驶汽车?是谁发明了高超音速的发行器?许多重大的发明,他被《哈佛商业评论》评价为全球最具创新力的组织,这个组织是谁呢?

我们再说一句题外话,这个组织其实是依附于一种需求,这个需求是依附于人性与社会发展的合力。毛泽东主席曾经说过,人民,只有人民,才是世界历史发展的动力,西方的历史学者认为,LANMORRIS,我们在90年代中期就中美的文化做过一些争论,后来还接受过电视一小时的专题采访,这在某种程度上是西方主题的思想,他说人民是懒惰的,是贪婪的,是恐惧的。

想想我们每一个人,我们为什么要用手机呢?因为我们懒惰,我们需要时间干别的事。为了衡量文明,他建立了四大指标,一个文明,无论是五千年前还是今天,是以城镇化为标志的通讯能力,我们今天的通讯能力,微信,实时的各种各样的视频传输,和一千年前不可同日而语,另外就是摄取能量的能力。

说到这儿,我们回到答案,在某种程度上,刚才所说的全部发明,都是源于美国国防部军工科技局。1958年成立,担心在美苏太空竞赛中落败于苏联,才发明了手机,是生于忧患,源于恐惧,要在军事上有绝对压抑第二个竞争对手20年的代差,这是美军设定的目标。在90年代中期已经发明了手机,GPS,互联网,无人驾驶汽车,以及摩尔定律。

在青春期高速成长的时候,在某种程度上,它正在蓬勃发展,欣欣向荣之际,这个组织居然是恐惧忧患依旧。

我自己经历的两个例子,1992年就成立了DARPA,MTO,1995年在那么一片大好的情况下,居然问摩尔定律是否还能继续?如果不能延续,美军靠什么压抑第二对手20年,如果能够继续,如何把答案给出来。这个问题跟我的两个导师有着一定的关联,我把他分享出来。

两个器件物理的定律,1984年Berkeley额 BSAC成立,1988年Muller motor发布引发震撼,大家已经看到了科学的突破,由此将会展开。1992年,DARPA成立了MTO,在1997年,Muller先生的建议下,IEEEMEMS杂志创刊。

第二个问题,所谓的摩尔定律是否可以延续,这个问题是我另外一位导师回答的这个问题,他1996年写了一个东西,得到了DARPA的支持,其实晶体管小到纳米级别的时候是关不上的,像漏水一样,像草地上的管子通着水的时候,你想用手指压下去,草地如此松软,导致电子继续的流动,怎么办呢?

我们人的直觉都是两只手把管子捏住,问题是要实现它,要经历非常艰苦漫长的过程。1999年发明FinFET,2000年开始技术转移到Intel,2012年英特尔率先在22纳米技术节点实现3D集成电路量产,到今天大家即将购买的iPhone6将在14纳米的基础上制造出来的。这里深刻体现了他们两个人在器件物理上的创新功能。

所以我们看到了,在过去的20年,刚刚我讲到是90年代中到今天,又过去了整整20年,摩尔定律已经到今年50年了,看看今天的APPLEA8,是20亿的晶体管,APPLE WATCH将是第一代使用14纳米FinFET晶体管的,我们再倒过来看看我们本土的创新,就是小米,它的手环,便宜到40人民币的成本,这就是今生我们看到的摩尔定律的现状。

问题是这个推手仍然在推,2035年的时候,我们已经看到了未来20年集成电路将进入纳米晶体管,DARPA的MTO,现在已经研发的,我们还记得GPS,我刚才提到了一个关键技术,精确度非常高,当时是一个巨大的挑战,今天已经集成到了比美国一美分的硬币还要小的芯片上。这张图是MTO正在做智慧尘埃和昆虫大军,也就是把整个芯片都装在了昆虫上。

MTO也正在将非介入式转向介入式,就是人体的黑盒子,可以下载人体的记忆,以及在战场上与免疫系统的互动。

可穿戴的公司,又是苹果,AppleWatch整合了HealthKit和EPIC电子病历档案,将打通医疗与健康数据库的汇融,引爆健康管理。虽然它的神秘棉纱尚未揭开,但下列可管中窥豹。

可穿戴技术革命从价值来讲,苹果为什么会受到这么高的对待,4万亿元的市值,今年预计销售三千万支,2017年过亿,加上各种各样的可穿戴,相信会有三五亿支的应用。

我们从“术”的角度,会发现人类进入全时的监控状态,各种各样的健康也好,疾病管理也好,都可能会受到实时的监控,在某种程度上,可穿戴提供了十八般武艺,关键是个性化的,针对我来讲,我要的是哪一般武艺。

总结上述的想法,我说一些我个人的观点,可穿戴技术的革命,本质上就是健康数据的采集与实时管理控制的革命,因为它提供了实时监控、预防、管理乃至介入治疗的全新维度,这个维度过去是不存在的。

今天这一革命实际上是建立在过去几十年器件物理的不断发展积累,以及IT革命前两波(计算机自动化与互联网/移动)的基础上应运而生的,也就是移动互联,是IOT/IOE在健康领域的一个细分,且趋势是走向“介入”。

2015年,由于Apple在整合电子健康档案(并购了EPIC Systems)的基础上,正式推出AppleWatch及HealthKit软件平台,将引爆“可穿戴技术革命”。

谢谢大家!

本期编辑:卢苗苗

原文发布于微信公众号 - 数据派THU(DatapiTHU)

原文发表时间:2017-03-01

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