Эволюция наручных часов: чему их научили технологии06.09.2017 11:52

Еще каких-то 30 лет назад под «наручными часами» подразумевалась вполне определенная вещь с весьма ограниченным набором функций: они показывали время и дату, позволяли ставить будильники. Особо продвинутые модели могли отображать время одновременно в нескольких часовых поясах или показания дополнительных датчиков (компас, термометр). Попытки сделать устройство более функциональным предпринимались и ранее, но каким-то успехом именно в массовом сегменте они увенчались лишь 3 — 4 года назад. С этого момента на рынок буквально хлынули носимые устройства с различными возможностями и атрибутами.

Поскольку по сложившейся традиции часы в первую очередь воспринимаются как модный аксессуар, в обзорах много внимания обычно уделяется внешнему виду и конечным функциям устройства. Мы же предлагаем обсудить часы и браслеты с точки зрения техники — рассмотрим, какие компоненты лежат в основе заявленных функций, как они влияют на опыт использования устройств и каких чудес стоит ждать (или не ждать) от подобного гаджета.

Помните, в 90- е годы прошлого века среди школьников были популярны часы с калькулятором. Однако кнопки в них были настолько маленькие, что долгое время ими пользовались лишь энтузиасты (вероятно, они же потом пытались читать книги на кнопочных телефонах а-ля Siemens M55).

В современном виде носимые на руке устройства начали активно развиваться лишь после 2010 года. Поначалу на форумах они вызывали недоумение: дескать, кому они нужны — такие неказистые, с ограниченным набором функций, да еще и при наличии смартфона? Но экраны смартфонов становились больше, как и любопытство пользователей. Одновременно росли вычислительные мощности, которые можно «впихнуть» в форм-фактор часов. Плюс производители часов и браслетов нащупали правильную рыночную нишу. Можно сказать, что сейчас на улицах крупных городов практически у каждого третьего на руке есть какой-либо носимый электронный гаджет.

Какие функции пережили эволюцию?

Фантастические фильмы еще 20 лет назад рисовали нам перспективы персональных коммуникаторов-помощников на руке. В современном мире, похоже, постепенно это становится реальностью.

В том или ином виде в часах (а точнее, в наручных гаджетах, хоть как-то напоминающих классические часы форм-фактором и методом одевания) реализуются следующие функции:

непосредственно часы — отображение времени в одном или нескольких часовых поясах, дата, будильники), а также секундомер и таймер. Зачастую поддерживается синхронизация времени — с сотовой сетью или головным устройством (смартфоном). Интересно, что до сих пор на рынке встречаются анахронизмы без синхронизации (например, китайские Noname часы-браслет с уведомлениями при помощи вибрации);
календарь — текущая дата, календарь (иногда — с напоминаниями); в моделях для путешественников иногда встречаются расписания восходов и закатов;
инструменты путешественника — компас, погодные датчики (термометр — для окружающего воздуха, барометр), высотомер;
GPS- или ГЛОНАСС-навигация;
уведомления с головного устройства — смартфона (подключение чаще всего осуществляется через Bluetooth низкого энергопотребления — BLE). Часы могут уведомлять как о звонках / сообщениях, так и о любых других событиях в приложениях смартфона. Некоторые при этом только посылают сигнал, другие же позволяют получить номер абонента или текст сообщения;
гарнитура — ответ на звонки и сообщения на головном устройстве;
простой смартфон — поддержка установки отдельной SIM-карты для звонков и сообщений, пусть даже по ограниченному списку номеров, как в детских часах (например, в часах Кнопка жизни 911);

фитнесс-функции: шагомер, датчик пульса, измерение кровяного давления или температуры тела, мониторинг сна. В отдельную категорию можно выделить «умный» будильник, который срабатывает не точно по времени, а в определенном интервале с учетом фазы сна. Некоторые браслеты дополнительно фиксируют параметры других физических занятий — бега, плавания и т.п. В принципе некоторые устройства могут следить за ежедневным калоражем — однако «вес» продуктов или, как минимум, их названия пользователю нужно вносить вручную.
полноценная ОС и приложения из соответствующего магазина — аудиоплеер, календарь, погода и т.п.;
интерфейсные функции — изменение яркости экрана в зависимости от освещения, управление жестами, поиск устройства, управление функциями головного устройства (камерой, презентациями и музыкальным плеером);
дополнительно: поддержка ANT+ (технологии передачи данных, используемой в основном в спортивном оборудовании), возможность подключения внешних датчиков по Bluetooth низкого энергопотребления, NFC (для быстрого подключения к смартфонам, например, Sony SmartWatch 3 SWR50 Sport).

На рынке гаджетов сейчас есть 2 категории носимых на руке устройств: фитнес-браслеты и смарт-часы. Однако грань между ними весьма условна: многие фитнес-браслеты показывают время, а смарт-часы — считают шаги и калории. Так что будем рассматривать их все вместе.

Принципиальных моментов, которые необходимо учитывать при выборе такого устройства, три. Это:

наличие экрана;
способность работать самостоятельно (без головного устройства) хотя бы в режиме отображения времени и подсчета шагов;
возможность расширять функциональные возможности за счет установки приложений (из магазина самого производителя или ОС).

Но перейдем к примерам. Не будем говорить о дизайне, эргономике и интерфейсе — обсудим техническую базу, лежащую в основе этой массы функций.

Функции для путешественников

Спутниковая навигация в умных часах существует в двух вариациях — в виде самостоятельного ГЛОНАСС или GPS-приемника, либо в форме отображения карты для навигации, запускающейся на смартфоне.

Самостоятельный GPS (ГЛОНАСС) обычно устанавливается в устройства, ориентированные на серьезных спортсменов, а также в детские часы с функцией отслеживания местоположения с «родительского» смартфона (например, он есть в часах Кнопка жизни 911)

Плюс такого подхода — в экономии заряда аккумулятора смартфона, а также возможности работать вообще без него. Кроме того, самостоятельный GPS (ГЛОНАСС) позволяет корректировать показания остальных датчиков (например, измерения пройденного расстояния по шагомеру.

Основной минус — непродолжительное время работы часов от встроенного аккумулятора при активированном приеме сигнала со спутников.

В качестве примера гаджетов со «своим» GPS (ГЛОНАСС) можно привести Xiaomi Amazfit Sports Watch, Garmin Forerunner 235 или уже упомянутые Sony SmartWatch 3 SWR50 Sport.

Второй вариант — попроще. В этом случае носимый гаджет — это просто дополнительный экран, который, например, не надо доставать из кармана при пеших прогулках в неприятную погоду. Поддержка такого варианта GPS есть у часов под управлением Android Wear (подробнее на этой ОС мы еще остановимся далее).

Интересно, что вариант «навигация по смартфонам» используется и в некоторых «отслеживающих» метках (например, есть реклама, призывающая использовать такие метки для контроля детей). Рассчитана она на точное позиционирование ребенка при помощи чужих смартфонов с включенным GPS, Bluetooth низкого энергопотребления и поддержкой особого сервиса «роуминговой» передачи данных о местоположении меток, попавших в зону действия BLE смартфона. В наших условиях технология пока не очень применима, поскольку сообщество пользователей Crowd GPS не настолько велико, чтобы метка даже в толпе супермаркета постоянно находилась в зоне действия хотя бы одного из участников сообщества. Возможно, ситуация изменится в будущем, т.к. метки активно продаются, в том числе в нашей стране. Хотя среди пользователей, «купившихся» на рекламу, уже зреет недовольство технологией. Они все еще ждут, что она заработает, как обещано.

Компас

Компас — дополнение к спутниковой навигации. Он может быть основан на GPS (или ГЛОНАСС) — тогда адекватные показания он будет давать только во время движения (причем с учетом погрешности спутникового позиционирования двигаться надо быстро). Другой вариант — независимый магнитный компас — цифровой датчик, отображающий одно из конечного набора направлений, например, 1 из 16, как в известной серии Casio Protrek (не имеющих никакого отношения к сегменту умных часов) или в моделях вроде Huawei Watch 2 Sport 4G. Такой вариант компаса предпочитают путешественники, поскольку для позиционирования он не требует движения.

Погода

Обычно в часы для путешественников дополнительно устанавливаются датчики:

температуры воздуха,
атмосферного давления.

Они дают информацию о погоде и позволяют сократить время на спутниковое позиционирование (за счет оценки приблизительной высоты над уровнем моря по давлению — с такими предположениями задача триангуляции решается быстрее).

Теоретически путешественникам может быть полезна и информация о влажности. Но часов с такой опцией единицы. Как пример можно привести снятый с производства Microsoft Band 2.

Тем же, кому нужны не датчики, а прогноз погоды, лучше не зацикливаться на дорогих моделях, а обратить внимание на устройства, которые будут транслировать на экране данные о локальной погоде и предсказаниях синоптиков на ближайшие часы со смартфона (функция, в частности, заложена в Android Wear).

Коммуникатор

Уведомления

Львиная доля носимых устройств умеет уведомлять хозяина о событиях на головном устройстве — смартфоне, с которым они синхронизируются посредством Bluetooth.

Это может быть:

вибрация или мигание светодиодов — при поступлении звонков или SMS-сообщений;
вибрация с отображением номера (имени) звонящего.

В некоторых случаях устройства позволяют настроить уведомления для других приложений — например мессенджеров или социальных сетей. Иногда с помощью браслета можно отключить звук звонка, не сбрасывая его.

Некоторые устройства имеют собственные микрофон и динамик и позволяют просматривать историю вызовов или отвечать на звонки.

Возможность управления уведомлениями заложена, например, в Android Wear, и доступна на некоторых часах с собственными ОС.

Смартфон на руке

Полностью заменить собой смартфон могут часы, в которые устанавливается самостоятельная SIM-карта. Среди возможных сфер применения:

экстренная связь с заранее заданным номером (например, SOS для пожилых людей и детей);
быстрый ответ на звонки и сообщения;
средство связи на время коротких пробежек или прогулок с детьми, когда смартфон с большим экраном положить некуда.

Своя SIM-карта есть в уже не раз упомянутых выше детских часах «Кнопка жизни» (и других детских устройствах), а также в некоторых вполне взрослых моделях, к примеру, Huawei Watch 2 Sport 4G.

Фитнес-возможности

В отличие от функций для путешественников, которые и раньше встраивались в часы (вспомнить хотя бы довольно известные продукты Casio), фитнес-функции реализовать без головного устройства (смартфона) или хороших встроенных вычислительных мощностей сложно.

Физически большинство из них основаны на сборе показаний всего с 2 датчиков:

пульсометра;
электронного шагомера или комплекта акселерометров по различным пространственным направлениям.

Шагомер

По принципу действия электронный шагомер напоминает маятник, который замыкает или размыкает цепь при встряске. Но в современных браслетах подсчет шагов (и учет другой физической активности) чаще ведется при помощи датчиков ускорения — двух или трех, размещенных перпендикулярно друг другу. После фильтрации помех они дают информацию об изменении положения руки в пространстве.

Грубо говоря, ПО браслета ищет в графике ускорений (или сигналов от шагомера) заложенные в него типичные шаблоны. С ходьбой и другой спортивной физической активностью дело упрощает то, что шаблон этот повторяется. Браслеты разных производителей могут по-разному считать шаги — это связно с тем, что каждый разработчик использует свои комплектующие и задает собственные шаблоны.

На точность измерений влияет способность встроенного ПО фильтровать ложные движения (взмахи руками, повороты на стуле; движение в транспорте и т.п.). Кстати, для повышения точности определения шагов рекомендуется носить браслет на неведущей руке.

Некоторые гаджеты различают ходьбу и бег. Если устройство оборудовано акселерометрами, а не электронным шагомером, оно может отслеживать не только «ножные» упражнения, но и другие виды физической активности, например, плавание. При этом одни устройства определяют смену деятельности автоматически, другим же нужно сообщать об этом вручную. При этом далеко не все доступные носимые гаджеты поддерживают разнообразие физической активности.

Умножение полученного количества шагов на среднюю длину шага дает пройденное за день расстояние. Конечно, оно весьма условно, т.к. большинство браслетов/часов определяют длину шага по полу, возрасту и росту, заданным в настройках — т.е. используют не прямые замеры, а среднестатистические значения.

Единичные модели на рынке (например, линейка умных часов Garmin) оборудованы собственным GPS — они гораздо точнее считают расстояние и могут записывать трек тренировки. Некоторые часы Android Wear умеют уточнять показания по GPS смартфона, но тут функционал полностью зависит от установленных приложений, наличия соединения, а также иногда — подключения к интернету.

Аналогично пройденному расстоянию, «зная» число шагов (и тип физической активности, если этот параметр доступен), можно получить приблизительное количество потраченных калорий. Здесь также в расчетах используются среднестатистические данные (сколько в среднем калорий сжигает среднестатистический человек того же пола и возраста), поэтому точности до 1 калории ждать бессмысленно. Полученная цифра — лишь ориентир.

Частота сердцебиений

Пульс в большинстве фитнес-браслетов и умных часов измеряется при помощи оптического датчика, размещенного на тыльной стороне устройства (окошко с зеленым светодиодом). Существуют модели, у которых пульсометр реализован в отдельном корпусе — например, в Garmin Vivofit для повышения точности он крепится на грудь (заявлена погрешность не выше 5%). Кроме того, есть стандартизованный интерфейс взаимодействия с внешними пульсометрами, который поддерживают некоторые носимые устройства (ANT+). Однако для среднестатистического пользователя такие сложности ни к чему.

В любом случае носимые устройства могут поддерживать как статическое измерение пульса, так и сбор данных о пульсе в динамике (например, во время тренировок). В основном производители используют здесь собственные модели и алгоритмы.

Мониторинг сна

Помимо непосредственно физической активности данные с датчиков позволяют собирать статистику сна. Начало сна обычно фиксируется, когда пользователь не двигается около часа. А стадия определяется по характеру движений руками. При этом ряд моделей ориентируются только на датчик ускорения, другие же проверяют дополнительно «проверяют себя» по пульсометру.

Точность в целом зависит от алгоритма, заложенного в ПО устройства. Например, китайский браслет No1 F1 может записать в «сон» 2 часа вечерней работы за компьютером — при том, что пользователь, хоть и сидит неподвижно, все же пользуется клавиатурой и мышкой.

Врезка. Само направление отслеживания активности и отдыха человека по его движениям существует гораздо дольше, чем современные фитнес-трекеры, и называется актиграфия (actigraphy — раздел физиологии). Обычно актиграфия занимается решением более медицинских задач — помогает диагностировать различные нарушения сна. Благодаря развитию вычислительных мощностей персональных устройств, а также алгоритмов обработки собранных данных сейчас актиграфия дает довольно высокую точность. И хотя ей еще далеко до методики полисомнографии, используемой для анализа сна в научных центрах при помощи кучи подключаемых к пациенту датчиков, место ей найдется даже в научных работах, т.к. актиграфия позволяет проводить измерения в естественной обстановке, а не в лаборатории. Но вряд ли все это можно уместить в недорогих фитнес-браслетах.

К сожалению, в отличие от подсчета шагов и измерения расстояния, проверить точность мониторинга сна пользователи носимым гаджетов сами вряд ли смогут.

Умный будильник

Еще одна «производная» функция, основанная уже на мониторинге сна, — умный будильник, который с помощью вибрации будит своего обладателя не точно в назначенную минуту, а к заданному времени с учетом фазы сна (обычно берется промежуток 20 — 30 минут до назначенного времени). Фаза сна при этом определяется также, как при мониторинге (описано выше). Грубо говоря, зашевелился — пора будить.

Мнения об эффективности работы таких будильников разнятся. Для одних — это хороший способ не вставать разбитым по утрам. Другие же не чувствуют вибрацию (например, если ее уровень слишком слабый или же гаджет ошибся с определением фазы сна).

А какова точность?

В ракурсе функций для путешественников или коммуникационных инструментов вопросов о точности не возникало в принципе. Здесь либо опция бинарна (предоставляется или нет, как, например, уведомления), либо результат работы носимого устройства можно проверить — увидеть точность позиционирования, отследить ошибку в измерении атмосферного давления и т.п. С фитнес-функциями все иначе. Здесь собираются данные, которые человеку самостоятельно оценить довольно сложно. Кроме того, производители смарт-часов и браслетов не раскрывают компоненты самих устройств, а также алгоритмов, заложенных в основу подсчета различных параметров. Так что остается полагаться на пользовательские тесты и сравнения работы устройств в различных условиях (например, тут).

Вообще сбор данных о физической активности и их анализ — две разные задачи. Типичная схема работы подобных устройств — это отображение результатов непосредственных замеров и простейшего анализа — вроде подсчета пройденного расстояния на основе длины шага и количества шагов — на экране носимого устройства и одновременная передача данных для более глубокого анализа на смартфон (в отдельных случаях — компьютер).

Такое деление задачи порождает еще один важный параметр — время хранения собранных данных без синхронизации. К примеру, уже упомянутый китайский F1 без подключения к смартфону сохраняет данные за последние 7 суток. В автономном режиме он отображает время, количество шагов, пройденное расстояние и сиюминутный пульс. При подключении к смартфону запускается синхронизация, и уже головное устройство занимается глубокой обработкой собранной статистики для получения информации о сне (и выдает результат оно отнюдь не сразу).

Таким образом ошибку в измерения могут вносить сразу три составляющие:

сами датчики;
ПО устройства;
и ПО для глубокого анализа на смартфоне.

Поэтому если при выборе носимого устройства обращать внимание на фитнес-функции, то необходимо иметь в виду: помимо специализированных трекеров активности, созданных производителями браслетов или часов под работу с собственными устройствами, давно существуют кроссплатформенные решения, вроде Google Fit или Apple Health. Однако далеко не все устройства с ним работают (т.е. позволяют экспортировать туда данные). Решение о том, нужен ли вам тот же Google Fit, придется принимать на этапе покупки.

Интерфейс

Во многие, даже дешевые носимые устройства из смартфонов перекочевали различные интерфейсные опции, которые немного повышают удовольствие от их использования. Работают эти «бонусы» за счет следующих датчиков:

освещенности (по аналогии со смартфонами этот датчик позволяет контролировать яркость экрана, приглушая ее в темное время суток). Теоретически датчик освещенности можно использовать и при реализации фитнес-функций, однако напрямую производители о сборе таких данных не говорят;
гироскопа (для управления жестами; самое популярное применение — включать экран, когда пользователь подносит руку к глазам, чтобы посмотреть время, другие жесты массово, к сожалению, пока не прижились).
микрофона (для голосового управления на тех моделях, где это доступно).

ОС и приложения

Первые умные часы и браслеты работали на собственной закрытой ОС от производителя либо на урезанном «смартфонном» Android-е. В редких случаях на них можно было устанавливать дополнительное ПО, например, из магазина приложений производителя (как это было с Pebble). Однако в целом спектр возможностей таких устройств ограничен тем, что заложено в него производителем.

Но все меняется. С ростом популярности носимых на руке устройств появились несколько ОС, в частности — отдельная «ветка» ОС Android, адаптированная под «смарт-часы» — Android Wear. Сейчас актуальна уже 2 версия. Модели, работающие под управлением Android Wear 2, в большинстве своем оборудованы сенсорным экраном, гироскопом и датчиком освещенности, что обеспечивает некое единообразие управления. Совместимы такие часы не только со смартфонами Android, но и с IPhone.

Безусловно, существуют и другие ОС, например, Tizen и watchOS. Однако Android пользуется популярностью у наибольшего количества производителей. TIzen в контексте носимой электроники развивается в основном усилиями Samsung. watchOS — Apple.

Тремя перечисленными ОС многообразие продуктов на рынке не ограничивается. Например, устройства Garmin существуют «в своем измерении», где точно также есть магазин приложений; у Pebble, несмотря на закрытие, осталась целая индустрия разработки.

Зачем вообще нужны дополнительные приложения? Попробуем перечислить наиболее востребованные дополнительные функции (ряд из них может быть платный):

более продвинутые часы (время в разных часовых поясах, секундомер, будильник);
управление интерфейсом часов (циферблаты, темы оформления и оболочки);
голосовой помощник (для этого в часах должен быть размещен микрофон, часы подключены к смартфону, а смартфон, в свою очередь, к интернету для обработки голосовой команды);
управление приложениями на смартфоне (камера, плеер, контакты, вызов);
уведомления со смартфона (о звонках и сообщениях с указанием номера / имени абонента, иногда — отображением текста сообщения);
погода;
продвинутое отслеживание физической активности (обработка данных встроенных датчиков, отправка данных через смартфон в облако и т.п.);
развлечения (простейшие игры, просмотр видео и фото);
клиенты к приложениям на смартфоне, выполняющие часть их функций.

Стоит помнить, что часы — это не смартфон; их функционал вполне ограничен размерами экрана: многие вещи с их помощью делать просто неудобно (да и бессмысленно при наличии смартфона). Поэтому в данном случае гнаться за многообразием сторонних приложений нет смысла — пока еще не появилось таких инструментов, ради которых стоило бы искать часы только с Android Wear (или другой определенной ОС). Ожидание обновлений в будущем — тоже весьма сомнительный аргумент. Релиза версии 2.0 ждали почти 2 года, и многие даже актуальные на момент выход новой версии устройства не получили обновление.

Единственный неоспоримый плюс Android Wear 2.0 — возможность использовать часы в повседневном режиме как самостоятельное устройство (без смартфона). Хотя для настройки и обновления смартфон все же понадобится.

Экзотика

Умные часы и вообще носимые на руке устройства — довольно новый рынок (если не учитывать давно существовавшие iPod и чехлы для смартфонов на предплечье). Однако даже за недолгое время существования рынка здесь успели проявиться несколько довольно экзотических идей (некоторые из них уже благополучно исчезли).

Идея 1 — использовать E-Ink / E-Paper экран или его аналог для экономии аккумулятора. Самым ярким представителем был стартап Pebble, который, к сожалению, закрылся в конце 2016 года. Еще один интересный вариант — Qualcomm Toq с цветным электрофоретическим экраном Mirasol.

Идея 2 — оснащать устройства фотокамерой (иногда — с возможностью съемки видео), слотом для карты памяти и другими опциями «взрослого» смартфона.

Идея 3 — использовать круглые экраны для стилизации под обычные часы. Представители этого сегмента как раз никуда не исчезают.

Идея 4 — встраивать массу датчиков — УФ-излучения, влажности, кожно-гальванической реакции для более глубокого анализа происходящего (обилием датчиков в свое время поразил Microsoft Band и его вторая версия — Microsoft Band, но увы, оба устройства с рынка уже ушли).

На рынке также существуют и активно развиваются часы с аналоговым интерфейсом (обычные часы, оснащенные дополнительными датчиками). Сложно сказать, как именно их следует классифицировать — как умные часы с иным экраном или как фитнес-браслет с дополнительными функциями.

О времени автономной работы и защите

Выше почти ничего не сказано о времени автономной работы, а ведь это важный фактор, который хочется учитывать при выборе. Но тут в целом все понятно. Это время увеличивается, если в устройстве:

большой аккумулятор;
мало функций, требующих процессора;
меньше и проще экран (слабее подсветка, более энергосберегающие технологии на аппаратном уровне);
лучше продуман план энергосбережения.

Для фитнес-браслетов нормой считается работа от нескольких дней до месяцев, для смарт-часов хороший показатель — пара дней.

Многие носимые устройства поддерживают магнитную или беспроводную зарядку — это актуальнее всего для гаджетов с небольшим временем автономной работы.

Еще один параметр — защита от пыли и влаги. Здесь предусмотрена стандартизация по IP или WR. Но не стоит слепо доверять заявленным параметрам, поскольку:

чаще всего эти цифры получены на тестовых образцах. Возможно, с запасом. Но насколько они реальны на практике, зависит от качества сборки. Например, достаточно немного перекосить резиновое уплотнение при сборке, и заявленного давления воды устройство уже не выдержит;
микрофоны, разъемы и прочие отверстия также не должны пропускать воду внутрь устройства. Такие технологии существуют, но любые компоненты в «водонепроницаемом» варианте обходятся дороже. И тут мы снова возвращаемся к вопросу о надежности поставщика. Верите ли вы, что заявляя IP68, он использовал соответствующие комплектующие (или, если доступные средства не позволяют искать что-то зарекомендовавшее себя, может лучше посмотреть часы вообще без микрофона и лишних разъемов)?

В целом умные носимые устройства — очень удобный инструмент. На рынке представлен большой ассортимент гаджетов и, мы надеемся, что этот обзор поможет вам выбрать оптимальный гаджет под свои задачи.