近日，美國專利商標局正式發布了蘋果旗下包括 AirPods、Apple Watch、MacBook Air 在內的多款產品多達 64 項新技術專利。

今天的文章聚焦兩個與可穿戴設備相關的專利，均與運動追蹤和傳感器融合算法相關。通過對這兩個專利的解讀，我們希望從中窺視，未來可穿戴設備在運動健康領域的創新方向。

將 AirPods 變成運動追蹤器

我們知道，蘋果在 WWDC 20 秀出了空間音頻（Spatial Audio）技術，通過定向音頻過濾器，對雙耳耳廓的聲場進行檢測，以呈現出全場景的虛擬聲場和環繞音效果。

在 AirPods Pro 這樣的入耳式耳機內實現空間音頻，與固定位置的音響是有差異的，其關鍵的一點在于聲源的不固定，因此要對頭部的運動進行追蹤。

這時，AirPods Pro 內置的加速度傳感器和陀螺儀就會起作用。當頭部移動時，可以對數據進行重新映射。即使佩戴者的頭部左右移動，AirPods Pro 也能讓環繞音效保持在相對固定的位置。

更厲害的是，這些傳感器不僅追蹤頭部的運動，還能追蹤頭部和設備間的相對運動，并將數據進行比對。這樣一來，當你在乘坐地鐵或公交緊急剎車時，沉浸的環繞聲仍然不斷，不會產生眩暈。

蘋果的新專利將 AirPods 對頭部運動的追蹤，向前更推進了一步。

我們從下面的專利圖可以看出，首先，AirPods 不僅可以通過加速度傳感器來收集方向信息（例如，左傾斜、前傾斜、右傾斜、后傾斜），還能采集佩戴者頭部擺動幅度、速度、位置的信息。

其次，通過 iPhone 和 AirPods 建立的無線通訊系統，AirPods 還能將以上的數據進行評估計算后，轉變為運動指導，反饋給佩戴者。

△ 蘋果專利圖 | 圖源：Patently Apple，圖 2（右）：AirPods 側視圖，圖 3（左）：AirPods 示例性佩戴圖，圖 7（下）：AirPods 從運動數據搜集到給予佩戴者運動指導的流程說明

蘋果還特別說明，該項專利可用于幫助佩戴者伸展和放松上半身的肌肉。總體上來看，蘋果希望讓 AirPods 也充當運動追蹤器，并獲得健身私教般的運動指導。

讓 Apple Watch 對不同體式的卡路里消耗計算更精確

接下來介紹的這一項專利與 Apple Watch 智能追蹤瑜伽動作有關。

對瑜伽、跑步、騎行等運動模式的支持，是 Apple Watch 的重要功能。實際上，蘋果早在 2018 年就申請了關于瑜伽鍛煉時卡路里監測的技術專利，其原理是利用 Apple Watch 對心率的監測，將心率的區間變化值，換算成用戶所消耗的卡路里。

上個月發布的 watchOS 7 為 Apple Watch 添加了多項健康和健身功能。基于對心率監測和自定義運動算法的技術積累，蘋果帶來了 4 種新的運動模式的識別和追蹤：核心訓練、舞蹈、功能性訓練、恢復放松。

近日，蘋果健身技術公司的高管 Julz Arney 詳細闡述了舞蹈這一鍛煉類型所需要的精確卡路里追蹤算法，稱 Apple Watch 使用先進的傳感器融合技術，將來自心率傳感器、加速度傳感器、以及陀螺儀的數據相結合，在智能調整的算法支持下，實現對舞蹈中的卡路里消耗的準確捕捉。

無論是舞蹈，還是瑜伽，或是其他運動模式，區分的關鍵就在于對運動數據的準確追蹤和對卡路里消耗的精確計算。

蘋果為 Apple Watch 申請的最新專利，也印證了這一點。

在下圖的圖 6 中，蘋果展示了通過 Apple Watch 對瑜伽運動的前、中、后各個階段，所做的體式和體征的數據監測，具體包括：

• 開始訓練和結束訓練時，通過加速度傳感器，精準判斷運動的起始點和結束點；
• 運動過程中，通過心率傳感器，對心率進行監測；
• 運動過程中，通過溫度傳感器及加速度傳感器，感知佩戴者的體溫及運動方式，進而判斷瑜伽體式的類型（如祈禱式、拜日式、前驅式、向太陽式、坐立休息式）；
• 運動結束后，通過對不同運動模式所建立的能量消耗模型，輸出準確的卡路里消耗值；

△ 蘋果專利圖 | 圖源：Patently Apple

結合此前描述的 AirPods 的運動監測功能，通過 Apple Watch 和 AirPods 的組合，可以為運動健康場景提供更大的想象空間。

比如，通過對頭部姿勢變化的捕捉（如轉動、傾斜），再結合手腕所監測的體征數據，以及頭部和手腕的相對運動的數據，幾方面的數據疊加，可以輔助判斷佩戴者的運動體式，并協助建立相應的卡路里消耗模型。

這些，蘋果的專利顯示，在理論上都是可以實現的。

延伸來看，隨著算法不斷的演進及適配模型的開發，未來傳感器與算法的結合應用，將出現在可穿戴設備下的更多運動場景。

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主筆：陳達達、陳壹零 / 深圳灣

編輯：陳達達 / 深圳灣