可穿戴式人工智能产品在现代体育教育中的应用

石磊 汪一鸣 胡浩 王惠敏 彭习涛

本文为陕西省重点研发计划项目之一 （No.2017GY-006）;之二（No.2017KW-030）

【摘 要】 可穿戴式人工智能产品具备便携性、可视和社交性、针对性、实时性和安全性以及科技性的基本特征，信息时代其在大众健身和竞技体育方面的应用功能逐渐强大。可穿戴式人工智能产品将朝着更小、更轻和更好的用户体验的方向发展，对现代体育教育将具有非常广阔的市场前景和巨大的发展潜力。

【关键词】 可穿戴式;人工智能产品;现代体育教育;应用

现代体育教育对教学辅助设备的需求日益增高，引进先进的人工智能产品已经成为高校传统体育教育的必然趋向。在大学传统的体育教学模式中，可穿戴式人工智能产品的应用给师生的教学过程提高了效率，以更为方便快捷的电子信息传递方式大大节省了师生沟通的精力和时间，因此在某种程度上对大学的教学质量起到了提升的作用。现代科技在逐渐地改变人民的生活，体育产业是中国全民健身战略和竞技体育发展的核心支撑，体育产业在今日中国迎来了创新、改革和树立品牌历史机遇，智能化、数据化、网络化和大众化将是现代体育产业新的发展方向。竞技体育的成绩或是体育教学的练习效果取决于运动锻炼的方式和方法，而对人体健康程度的合理监控则体现了对科学化锻炼的引导作用。目前在校大学生体质健康水平有持续下降的趋势，因此我国对阳光体育运动的普及极为重视，对大学生体质的跟踪监测是各个高校常年的重要任务。通过不断引进可穿戴式人工智能产品这样的方式，对大学生进行体质监测并实施对他们体育活动的科学性管理，对推动高校校园体育具有深远的意义。

一、可穿戴式人工智能产品的主要特征

可穿戴式智能体育产品是一种数字化产品，可以呈现为配件（如纽扣、项链、手表、腰带）或是服装（如衬衫、内衣）的形式，目的是利用现代信息网络和各种传感器技术记录机体的多种生命数据从而监控人体的全面体征状态。可穿戴式智能体育产品的出现是人们对科学锻炼和产品智能化的需求所向，将作为一个新型领域的重大突破用以改善人们的生活质量，是未来体育活动和人工智能的融合点。可穿戴技术的发展是目前我国在培育支持新兴行业的一个发展点，《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》的文件显示了“推进信息技术与教学融合，培养学生信息化环境下的学习能力等”内容。可穿戴式智能体育产品是便携式健康设备的一种，可以长时间不间断的记录人体的各项生理参数，这与科学锻炼相融合的构想已经成型，可穿戴式智能体育产品按照功能可分类为：运动健康类、健康管理类、信息资讯类、体感控制类。可穿戴式智能体育产品的主要技术支撑有语音识别、传感器、低功耗互联技术、高速互联网和云计算、眼球追踪、意念控制技术等等。可穿戴式智能体育产品的主要特征有：

1、可穿戴式人工智能产品的便携性

健康监控产品的便携化和小型化是为远程检测实现实时监护的大势所趋，在以往的健康监护中，专业人员多以大型和固定设备来采集用户的体征数据，收集数据少且不易发现偶发症状。可穿戴式智能体育产品具有小型化、低功耗和较强抗干扰能力，其可穿戴性、可移动性和可持续性等特征可以克服传统设备的这些缺点。与传统的体育产品相比较最为重要的区别在于其便携性。所以仅从便携性的特征，可穿戴式智能体育产品远远优于常用的智能手机和平板电脑。可穿戴式智能体育产品可以把体育活动和个性彰显巧妙结合，实现科技与人的“以人为本，人机合一”的生活方式和运动互动。

2、可穿戴式人工智能产品的可视性和社交性

可视性是人们在运动过程中的直观感受，可穿戴式智能体育产品不仅可以保证对数据采集的准确性，而且可以通过智能穿戴的多种内置微型传感器，给运动参与者带来可量化的可视的体征数据（如卡路里、心率、血压等），然后传输至网络进行数据分析，从而实现运动参与者对自身健康或是运动状态的科学管理，最终提高生活质量（睡眠与心情、日常活动、生物识别特性等）。另外，现今社交网络是电子产品的常见应用，可穿戴式人工智能产品已是互联网时代不可或缺的硬件载体，体育参与者之间的群体社交也是可穿戴式人工智能产品的重要特征。可穿戴式人工智能产品的介入，在体育本身的社会性发展中，在运动社交行为中拥有了可以分享和互动的数据基础，有望作为外在诱因而成为一种新的社交方式，使运动社交变得愈发丰富而充满趣味。

3、可穿戴式人工智能产品的针对性、实时性和安全性

以往研究对机体健康状态进行的监测方法多体现了对人体整体性的、定性的描述，采集的数据也多具有滞后性，而对人体局部的、实时的机能状态则缺乏准确的量化分析。传统的检测手段有些属于损伤性检测（如血乳酸、血清睾酮与皮质醇、血清肌酸激酶等），常因伴随痛苦而带来了一定的检测难度。可穿戴式人工智能產品的监测对象主要包括肌电、呼吸、体温、脉率、血压、血氧饱和度和血糖等人体基本的生理参数，这些基本的生理参数与机体的健康状态息息相关，可实现对人体非介入式、无创的日常健康监测，具有智能显示结果、操作方便、可长时间持续工作和无线数据传输等特点。可穿戴式人工智能产品是目前信息技术革命的潮流和方向，其针对性、实时性和安全性监控特性对于健康服务以及运动训练都有着重要的意义。

4、可穿戴式人工智能产品的科技性

信息技术的迅猛发展在不断推动着体育科技的改革创新，体育科技正在向多元化、灵活化和信息化相结合的方向逐步迈进，世界体育用品的发展已高度呈现科技化。体育科技领域的新成果和新技术渐入佳境并重塑着体育的呈现形式与人们的生活方式，也改写着人们对于体育的认知。可穿戴式人工智能产品的蓬勃发展更是独树一帜（如美国的Sport VU智能系统可以实时采集距离、轨迹和反应时，其多种传感器还可采集心率、加速度、变向和脑神经活动，降低运动损伤的发生率），我国体育运动不断地在国际重大赛事上取得了非常显著的成绩，在校园中也得到了长足的发展，但与欧美顶尖的体育科技相比，我国的可穿戴式产品研发的未来有着更大的想象空间，可穿戴式人工智能产品的不断研发可以为用户的健康生活提供合理化建议，满足了人们不同层次的运动需求，也迎合了当代体育科技的发展需要。

二、可穿戴式人工智能产品在体育领域的应用现状

可穿戴式人工智能产品一直是国内外研究人员的热点，其主要集成有无线数据收发模块、传感器数据采集设备和中央控制处理模块。可穿戴式人工智能产品是伴随科技发展诞生的新生事物，早期的可穿戴设备只是一种概念性质的产品。20世纪60年代，美国麻省理工实验室提出了可穿戴技术的概念，该技术融合了传感器、多媒体和无线通信技术以实现对人体基本肢体动作的感应、反馈和交互体验。国外在这方面研究有了很大的进展，美国近年开发的生命衫（Life Shirt）则是世界上最早能够无创和可移动地获取机体生理参数的监测系统，能够检测机体的30多個生理参数（心电、心率、呼吸、呼吸率、血氧、皮肤温度、体位、运动、跌倒报警、血压、体温等），目前在国际上超过千家的医院用户。国内也有许多研究者对可穿戴式人工智能产品进行了持续的相关研究并取得了显著的进展。如吉林大学的穿戴式人体生理参数测量系统可以测量人体心电、血压、血氧饱和度、体温及心率等生理参数，能够实现对某些心血管疾病的早期预防。南昌航空大学的可织物化多生理信号监测装置将电子技术和纺织产品相结合，可以监测机体的呼吸、肌电和血氧等生理数据。从目前公开的研究成果来看，穿戴式多生理参数监测设备的研究非常注重产学研的结合，具有广阔的应用前景。随着近年来科技日新月异的进步和创新意识的发展，许多科研机构和公司相继开展了对可穿戴式人工智能产品的持续研发。

可穿戴式人工智能产品的设计模式来自于互联网的发展背景，其硬件核心是各种生理信息的传感器和可穿戴技术，其软件层次的核心技术则是无线网络传输和数据统计处理。可穿戴式人工智能产品能够对运动过程中的全程人体生理参数实施采集，还能够通过大数据的分析系统为锻炼者提供具有针对性的个体运动处方和营养建议。目前一些欧美的发达国家在可穿戴式人工智能产品的研究方面处于领先位置，而国内在此领域的发展因为来自于对产品核心硬件和软件的研发限制尚处于起步的阶段，但由于国内巨大的市场潜力，近年来对相关产品的研发也有着长足的进步。通过网络资源的查询和统计可以看出，可穿戴式人工智能产品的专利申请方面在近几年得到了大幅增长，其中国内的专利申请占据绝对优势，但这一方面的专利申请大多为实用新型专利。

三、可穿戴式人工智能产品的发展趋势

大健康时代下，科学化锻炼是人们对身体健康的必然追求，随着信息网络技术的不断发展，传统的互联网技术开始向移动互联网转移，更多的体育产品纷纷朝向智能化的发展方向，更加激发了人们对于运动的热爱。体育用品智能化始于 2009 年 Fitbit计步器的诞生，它开启了可穿戴式人工智能产品的风潮，自此，运动手环和智能运动鞋等其它相应的可穿戴式人工智能产品不断推出，能精确地测量出用户在运动中的具体情况，并在很短的时间里就风靡了体育世界。中国信息通信研究院发布的《可穿戴设备研究报告》指出：2015年中国智能可穿戴产品的市场规模已经达到125亿元，增速为惊人的471%，从世界范围高速发展的可穿戴式人工智能产品已经是物联网发展的大势所趋。可穿戴式人工智能产品在目前来看主要应用于大众健身方面和竞技运动方面，其商业模式将逐渐完善，产品会逐步细分。互联网经济催生了当量办公室一族和宅男宅女一族，这些人长期缺乏合理和科学的锻炼方式，身体素质越来越差。另外，目前我国高校在“大学生国家体质健康测量标准”测试结果中的表现差强人意，在校生的多项身体素质指标呈逐年滑坡的现象。无论是长期“静坐”族还是高校在校学生都会逐渐认识到在工作学习之余进行有效的体育活动可以增强体质，因此可穿戴式人工智能产品因其对运动监控的及时评价而日益受到人们的追捧。目前国家对智能制造行业的重视（2025年要实现从制造大国向强国转变的战略）促进了可穿戴行业的发展，全球可穿戴智能产品市场的日益兴起也带动了中国可穿戴设备市场的高速增长，并逐渐使之成为全球的市场核心。随着材料技术（碳纳米管、石墨烯和有机电子等）和传感技术的进步，可穿戴式设备将朝着更小、更轻和更好的用户体验的方向发展，在现代体育教育领域具有非常广阔的市场前景和巨大的发展潜力。

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【作者简介】

石 磊（1974—）男，山东济南人，博士，教授，硕士生导师，研究方向：学校体育.