泰州九洲环保:关于手持设备的发展历史和未来趋势

如今的手持设备变幻莫测，在技术上谁也难以准确把握其未来的走向究竟是什么。硬件性能、功能设计、应用模式，面临太多的变数，未来的手持设备究竟什么样，惟有等待市场和实践的检验、选择。不过，我们可以根据手持设备当前面临的急待突破的技术瓶颈，以及那些崭露头角的相关新兴技术，来展望最能影响未来手持设备发展的一些技术片段。在这些技术当中，有的刚取得基础研究的专利，基本处于理论论证阶段；有的尚在实验室的试制样机当中，离实用化还有距离；有的则已悄然现身市场，不断扩大着在手持设备领域的影响力。

在手持设备还处于黑白单色显示的时代，一对普通的5号碱性电池能让其支撑数星期甚至几个月；而随着机器处理器速度越来越快、屏幕色彩越来越丰富、屏幕亮度越来越高，如今手持设备的电池已是难以承受重负了。无论手持设备性能如何强劲、功能如何丰富，并您带来多少快乐，一旦在旅途中电池消耗殆尽，不但令人扫兴，还有可能丢失重要的数据。在保持设备的重量和体积不变甚至更轻巧的情况下，如何提高电池的持续使用时间，可以说是各类便携设备共同面临的重要瓶颈。

燃料电池(Fuel Cell)

人们对便携设备的未来动力提出了一些途径，多数还是设想而已。不过，其中燃料电池技术的发展步伐最近迈得很大，如今已成为最引人关注、最为现实并被认为是最有潜力的一种解决方案(图1)。

燃料电池通过液体燃料——甲醇的反应，来产生成倍于同体积传统电池的电量，从而为手持设备提供连续几天、十几天甚至更久的持续使用时间。在初期阶段，需要消费者自己经常用燃料瓶来为燃料电池充电，不过随着应用的普及，一次性的燃料电池很可能也将陆续上市。

燃料电池面临的技术难题近来被不断突破，过去最大的问题是外型尺寸和重量。如今已在一些厂商的努力下，已经成功研制出了适用于笔记本电脑甚至手机的燃料电池。另一项难题就是如何更好地处理甲醇反应过程产生的水，近来的燃料电池原型产品将产生的水回存到原本盛装燃料的容器内，这会使燃料的浓度渐渐变稀，影响电池的性能，不过目前已在控制燃料浓度方面取得了进步。

燃料电池的真正绊脚石，恐怕不是技术，而是世界各国的政策。由于甲醇是一种易燃液体，因此在一些场合下它被指定为违禁物品，尤其是不允许携带上飞机。有专家认为：“政府的响应非常慢，即便受到重视，相关的解禁政策最早也需要到2007年才会出台”。如果不能在飞机上(商务人士的笔记本电脑和其他手持设备经常出没的场所)携带燃料电池及相关设备，其推广势必深受影响。

手持设备

笔记本电脑

图1 采用燃料电池的便携设备

微型发电机(Micro-engine)

除了燃料电池，还有一项比较引人关注的电源解决方案是微型发电机(Micro-engines)技术。这是由英国伯明翰大学的一个研究小组研发的技术，它通过一种体积远远小于普通电池的微型发电机，以打火机用的液体燃料为动力，来产生300多倍于普通电池的电量。初看起来好像有些耸人听闻，不过这的确是事实。据主管该技术研发的项目负责人Kyle Jiang博士乐观预测，这种技术将在2010年前取代当前所有手持设备中所用的传统电池。

银聚合物电池(Silver Polymer Battery)

在寻求持久电力的途径中，人们既诉诸像燃料电池、微发电机这样的新兴技术，又重视像银锌电池这样的传统技术的开发利用。

银聚合物电池由Zinc Matrix Power公司开发，与当前手持设备常用的锂离子电池最大的不同，在于前者能在同样大小的体积里包含更高密度的化学反应物，因此能产生更多的电量。或者，在需要缩减尺寸的手持设备中，银聚合物电池可以在保证相同电量的情况下让出很大的物理空间。据厂商介绍，银聚合物电池可以用每升燃料产生2kW的电量，这是当前锂离子电池的好多倍。

银锌电池在军事上已有50多年的应用历史，不过在商用过程中仍存在许多障碍。Zinc Matrix Power公司的技术，据称能使银聚合物电池达到推广的水平，已有一些手持设备厂商对其技术产生了兴趣，并有合作意向。

细菌电池(Bacterial Power)

这是一种比燃料电池、微型发电机还要概念新鲜的电池技术，不仅因为它最近才出现，更因为它所用的燃料即非甲醇，又非打火机所用的液化气，而是一种很普通的食品——糖。

将来，当采用细菌电池的手持设备电量耗尽时，只需要对它加入适量的糖末，就算完成了一次充电。糖会被一种名为Rhodoferax ferriducens的细菌转化成二氧化碳，并释放出电能。这种电池由Swades Chaudhuri和Derek Lovley两个人共同发明，他们的原型样品据称有83%的电能转化效率。此外，他们还声称这种电池的生产成本低廉，并可以被应用在-40度的严寒环境和80度的酷热环境。目前，他们正致力于这种技术的进一步产品化，以使其外型尺寸小到足以应用到手持设备上。

除了上面这些，科学家们还在想尽设法寻求其他类型的新电池技术，以及新的充电技术，例如可以卷曲起来的电池、从设备直接到设备的充电方式、无线充电等。此外，越来越多的手持设备正趋向于将内嵌的固定式电池设计，改为可拆卸(可更换)电池的设计，以比较灵活方式为手持设备提供成倍的动力。

在手持设备上输入少量信息的情况下，屏幕手写输入或小型键盘方式尚可应付。不过在需要输入大量信息的时候，或需要输入速度很快的情况下，全尺寸键盘是必需的。不能提供全尺寸键盘的手持设备也往往因此在这些场合下没有多大用场。目前市场上虽有一些折叠式键盘，但毕竟以牺牲手持设备的便携性为代价。有无可能开发一种技术，既能实现全尺寸键盘输入，又能保持手持设备的原有外型尺寸？

虚拟键盘(Virtual Keyboard)

以色列一家称之为VKB的公司，已经使这一设想成为现实，它研发的虚拟键盘技术正在不断完善之中(图1)。

这种虚拟键盘通过一束激光，将一副全尺寸的键盘映像投射到比较平整的任何物体表面上，使用者通过“敲击”这种投影的“键帽”来实现类似真实键盘的输入。这种虚拟键盘在两三年前已经被全球各地的媒体曝光，其技术本身还在不断发展之中。由于其概念新颖、前景诱人、技术独特，被许多人所看好。

不过，正如配备近眼显示器的手持设备还会同时保留传统的显示屏一样，类似虚拟键盘的新兴输入技术也不太可能完全淘汰手写等传统的输入方式，二者出现在同一设备上，会在不同的应用场合下相互补充。例如在找不到平整的投影表面的移动环境下，也许会用得上手写输入。

投射器外置

投射器内置

图2 装备虚拟键盘的手持设备

全息键盘(Holographic Keyboard)

VKB公司发明的激光虚拟键盘虽然很方便，但它需要将键盘映像投身到相对平整的物体表面上，似乎还“虚拟”得不够。全息技术的应用，才将一款完全虚拟的键盘呈现给手持设备。

HoloTouch公司发明的一种全息键盘，可以将一款键盘的3D图像投影到使用者面前的空气中，一个红外检测器通过扫描键盘的全息图像，来识别键盘的敲击情况(图3)。

很明显，这种3D的全息键盘比VKB公司的平面虚拟键盘还要方便，因为它不需要表面比较平整的投射物体，直接将键盘映像投射在空中，这几乎使其应用场合不受任何限制。这两种键盘还共有的优势是，投射出的键盘尺寸可以随意变化，几乎不受硬件尺寸的限制。

这种全息键盘并非理论上的神话，InfoPerks公司已经从HoloTouch公司得到了该技术的专利授权，并将其应用于纽约的人行道等公共场所的信息显示终端。当然，它的体积还非常庞大，要应用于手持设备，还需要不断改进，这也许会再耗费几年的时间。

行驶汽车中的手机按键

手术室中的显示屏

图3 投射在空中的全息键盘 (图：全息键盘1~2.jpg)

感应型笔输入(Inductive Pen Sensing)

虚拟键盘虽然快捷，但与现实尚有遥远距离。传统的手写输入仍是今后较长时间内的主要方式。提高其输入精度、识别率和其他技术特性，同样不失为解决手持设备输入瓶颈的一条可行之路。

当前的绝大多数掌上电脑、智能手机所用的触控屏，虽然在亮度、对比度、色彩数量等显示品质上有了明显的进步，但触控输入特性还停留在较原始的水平上。Wacom公司正在将已成功应用于Tablet PC的感应型笔输入技术引进到手持设备上。

在传统的触控屏的最表面，覆盖有一层柔性的压感薄膜，其下面是对压感进行采样的半透明的模数转换器，薄膜和转换器之间留有一定的空气间隙。每当手写笔或手指接触薄膜时，薄膜被压下并接触到下面的转换器上，从而产生输入信号。这种传统的笔输入方式具有不少的缺点：首先，模数转换器被置于屏幕顶层，很容易遭受物理损坏；其次，模数转换器覆盖在显示面板之上，尽管它是半透明的，仍会妨碍显示品质。

然而，如果用感应笔型输入屏，一种传感器会被置于显示面板的后部，它会在14mm的距离范围内感应到手写笔的输入动作。由于传感器位于显示面板的后部，因此去除了对显示面板的阻挡，而模数转换器也得到了保护。此外，这种传感器不需要屏幕表面采用多层的保护膜，因此有助于设备变得更轻；还有，感应型输入的精度要高于传统的压感型输入。

这种感应型输入需要专门的输入笔，不能像过去的触控屏那样可以用其他硬物甚至手指来代替。需要说明的是，这种专用笔并不需要电池来维系工作。

Wacom公司曾声称它与Symbian公司就该技术进行合作，有望尽早将其应用到智能手机产品。
对显示器来说，为了追求更好的显示效果，一般显示面积自然越大越好。所以，无论从台式PC、笔记本电脑，还是到家庭影院中的PDP、LCD电视、背投等，主流显示尺寸都在变大。手持设备同样也不例外，因为消费者在本质上希望它们能提供像桌面PC一样开阔的显示面积。而实际上，手持设备的机身尺寸和重量基本上被限定在很小的范围内，因此按照传统方法几乎没有可能实现这一理想。

近眼显示器(Near-Eye Display)

一种称之为Near-Eye Displays(近眼显示器)的新技术，却能解决这一矛盾。这是一种物理尺寸很微小的显示屏，可以在离观察者的眼睛很近的范围内，提供类似桌面PC的全尺寸显示效果。这种显示屏最典型的应用方式是被嵌在眼镜的其中一只镜片(另一只镜片为空白)，从而可以让配戴者的一只眼睛观看显示画面，另一只眼睛观察身边的事物。某研究机构在一些人群中就这种眼镜式显示器展开了试用活动，据称试用者普遍反映其舒适度良好(图4)。

通过蓝牙或其他无线技术，将近眼显示器与手持设备相连，就有可能得到一种把双手完全解放出来的移动计算设备。当然，这一设想还有其他技术前提，即研发一种全新的命令(以及数据)输入机制，以代替现有的屏幕触控(以及手写)或鼠标等输入方式。

虽然还不能完全肯定这种显示技术在不远的将来会比比皆是，而且它肯定不会完全取代当前手持设备通用的屏幕显示技术，不过我们可以预期这种能提供优越便利性的眼镜式显示技术会非常流行，因为另一种类似设备——耳机的流行为这种眼镜式显示器的普及提供了成功样板。

图4 嵌入到眼镜片上的显示器

虚拟大屏(RotoView)

即使最大的手持设备的屏幕，显示面积也要远远逊色于桌面计算机的显示器。当然，设计者可以通过软件，让手持设备的小屏幕来虚拟显示类似桌面显示的大画面效果，不过只能显示其中一部分，要观察全部的话，需要不断地滑动水平和垂直方向的滚动条，操作起来煞是费劲。

Innoventions公司提出的一项称之为RotoView的虚拟大屏显示技术，可以让这种滚屏操作变得非常容易：使用者只需要将显示屏的任何一边(前、后、左、右)轻轻抬高，显示的画面将会像受到重力作用一样朝比较低的一边滑动，从面让使用者很轻松地浏览到完整画面的任何一部分。在使用者不需要滚动屏幕的时候(即只显示完整的小画面的情况下)，这种功能还可以被锁定。

Innoventions公司已开始了该项技术的授权，并在继续研究将这种显示屏应用于未来的手持设备上的硬件技术。这种显示屏要应用在手持设备上的话，需要传感器来判断屏幕的倾斜情况，并产生相应的画面滑动，因此软件技术的进一步开发也相当重要。

可卷曲的显示屏及设备(Flexible Handheld)

Sony公司建立的人机交互实验室，专门用来研究未来计算机的人机交互界面。它的研究项目中就包括一种可以卷起来的手持设备。

这种设备大概基于所谓的电子纸显示技术，不过它可以卷起来的不仅仅是显示屏，而是整个机身。科学家不久前曾展示过名为Gummi的试制样品，并用它演示了一段用Quicktime播放的视频。其压感装置和触控面板内置于机身内部，对它的操控不依赖于手写笔或按钮，而是各种不同的卷曲、折叠动作。

Gummi还远未达到较好的可用性，因为它更多地只是个信息显示终端，还没有有效的文本输入方式。
消费电子热潮兴起，手持设备将是未来计算的主角。越来越多的尖端技术将加快应用于各类手持设备上，而五花八门的功能设计也将接受市场的考验。移动计算和手持设备的发展将是无止境的。

随心所欲的移动打印(Random Movement Printing Technology)

手持设备的打印输出，也是长期以来令人深感不便的弱项。一方面，接口标准方面的问题，使得手持设备与普通打印机难以直接相连；另一方面，即使接口问题解决了，在移动环境下扛个全尺寸的打印机也不现实。开发专门针对移动计算的打印技术势在必行。

PrintDreams公司推出的RMPT(Random Movement Printing Technology)技术，可以实现这种随心所欲的移动打印梦想。这家公司据此提出PrintBrush打印机的概念设计，成为世界上最小的打印机(图5)。通过蓝牙，这种打印机无线接收到来自手持设备的文本或图片文件，使用者只需要用它滑过任何类型(无论何种厚度、尺寸、形状)的纸张表面，即可完成现场打印输出。如果输出面积较大，一次打印不完，可以拿PrintBrush在纸张的适当位置续着滑过，直到打印完成。据厂家介绍，研发这种打印机的过程中，考虑到了各种可能的人为因素造成的干扰，例如滑动方向走斜、滑动速度时快时慢等。

PrintBrush打印机只有一枝圆珠笔的长度，厚度与手机差不多，重只有350g，适合装在衬衣口袋里，据说以后的产品还会更加轻小。PrintDreams公司正在对RMPT技术进行OEM的推广工作，相关产品有望最早在2005年上市。

图5 轻握掌中的打印机

储量无忧的微型硬盘(Tiny Hard Drive)

过去的手持设备，绝大多数都以半导体闪存作为主要的存储介质。即使当前已开始流行以微型硬盘作为存储介质的MP3音乐播放器(或综合了MPEG-4视频、MP3音频、WMA音频播放的媒体播放器)，半导体闪存仍是绝大多数手持设备所用的存储技术。不过，随着手持设备上图像、音视频等媒体应用的扩展和深入，微型硬盘容量大、读写速度快、存储成本低等优势将越来越凸现出来。半导体闪存当前的主流容量仅为256MB~512MB，而iPod这样的音乐播放器所用的微型硬盘容量可以高达40GB。当然，要让掌上电脑、手机等小巧的手持设备内置微型硬盘，需要进一步提高微型硬盘的集成度。在此领域比较领先的Toshiba等厂商，已经可以生产出直径为0.85英寸(只在一枚硬币大小)、容量达2GB~4GB的产品。据预计，这种硬盘有望在2005年出现在掌上电脑和智能手机当中。

图6 大小与硬币相仿的微型硬盘

一机多用的软件无线电

软件无线电很可能是一项应用于未来的掌上消费电子设备的技术热点，不过相关的产品至少还需要5年时间才有可能面世。

当前所有的无线技术(包括各种各样的无线通信设备，从FM调频收音机、CDMA或GSM手机到Wi-Fi笔记本电脑)都基于硬件调控，即它们由硬件来定义功能。而软件无线电技术则与些完全相悖，即设备的功能主要通过软件的应用来决定和调控。例如可以有这一样一部掌上电脑：它的屏幕上排列着分别代表Word、Excel、FM收音、CDMA通话、GSM通话等功能的图标，用户只需要轻轻点击一下相关的图标，设备会自动选择相关的无线频段进行工作。软件无线电因此会产生这样一幅美好的前景：人们只需要一部手持设备，可以在全球范围内的任何无线网络上享受到各种种样的“大全式”的无线服务。
虽然这些技术在手持设备领域的真正普及尚需时日，不过已有越来越多的消息让人振奋不已。例如，Toshiba和Fujitsu等厂商已经推出了配置燃料电池的笔记本电脑，甚至已有人试制出了针对手持设备的燃料电池样品；眼镜式显示器也在科学家的不断努力下正变得越来越轻、越来越小、越来越舒适；对于虚拟键盘，据说厂商正在为它挑Bug，以适合更多的应用场合。

本文主要从单项硬件技术瓶颈及相应对策出发来关注手持设备的发展趋势。而实际上，各类手持设备的功能设计、外观工艺、软件及应用模式的变化将同样激烈而精彩。2004年夏初，在由美国MIT媒体实验室和消费电子协会主持召开的一场座谈会上，关于手持消费电子设备功能设计的讨论呈现前所未有的热烈场面。不少专家一致认为：新兴的手持电子设备的发展速度已远远超过了类似电视机、MP3播放器这样的“传统”设备，并且像将汽车行业一样带来丰厚的市场蛋糕。如此极度大众化的产品，应该倍加重视易用性和可用性，解决简单易用、更加便携、互联互通、功能丰富等多个诸求点之间的矛盾，将是手持消费电子设备的主流发展方向。

最后让我们来简单设想一下手持设备在未来生活中将要扮演的角色：它是一款掌管几乎所有常用个人信息的PDA；它是能播放音乐、影片的媒体播放器；它是能在3G、Wi-Fi、WiMax等多种无线网络下无缝漫游的移动电话及互联网访问设备；它是FM调频收音机、微波数字电视甚至GPS的接收终端......甚至，它还将是您的电子钥匙和电子钱包！

参考资料：http://www.pcworld.com.cn/news/1/2004/0825/948.shtml

我概况的说吧不然说到明年也讲不完啊 ！大存储容量2处理能力强3终端平台4分类为时尚流行（比如音乐手机和超薄手机等等），性能突出（pda手机或者智能手机），简化容易操作（面向不发达地区和国家）