發佈日期:2016-05-16

健康感測導向織物型穿戴裝置專利趨勢分析

作者:賴明豐

專利資訊穿戴式裝置紡織健康保健專利分析Wearable DeviceTextilesHealthcarePatent Analysis

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穿戴式裝置議題正夯之際,國內外許多廠商也開始嘗試把紡織品科技化,像智慧衣、智慧貼片、智慧指套等概念產品陸續推出(賴明豐,2015a;TechNews,2015)。在過去,由於感測器體積太大,難以與衣服整合。但如今,拜科技進步之賜,醫療領域使用的可拆式感應器體積已經愈來愈小了,甚至能夠微縮扣合到衣物上,而不影響相關功能(如監測心跳率)的運作。更有愈來愈多紡織領域的研發人員開始往織物本身使用的材料進行研發(賴明豐,2015b),找出更多更創新的應用,甚至可以借重特殊材料的特性,直接讓織物本身轉變成能主動或被動感知及反應外部環境條件或刺激物的智慧織品(smart textiles),讓感測器與電子元件「消失在紡織物」裡面完全看不見(DIGITIMES企劃,2014),這種能夠貼身量測的生理導電纖維材料,是研製生理量測智慧衣的一大重點。

尤其面臨老齡化社會的浪潮襲來,一般預料這類以健康感測為導向的織物型穿戴裝置技術將會愈來愈多,而且這樣的醫療保健服務勢必朝向更迅速、全面、個人化及居家化的方向發展,透過即時偵測心電訊號等生理資訊,隨時無線傳輸到遠端的分析系統,以便能長期連續追蹤分析生理訊號,隨時提醒使用者自身的生理狀態,在身體有異狀時及早協助使用者排除生理不適的因素、紓發心理壓力維持身心健康達到預防及保健的目的,或是老人居家看護、幼兒生理現象偵測,對於家中無法自我照顧的族群提供遠端監視,在遇到危險狀況時能適時提供適當的救援措施等等應用將會愈來愈重要(賴明豐,2015c)。這種以醫療保健應用為主的織物型穿戴式裝置會是未來另一個值得注意的市場。

然而,目前各方布局健康感測導向織物型穿戴裝置技術發展態勢究竟如何呢?以美國市場來看(如圖一(a)),市場布局力道從2011年開始出現明顯驟增的趨勢。而且,從技術生命週期分析的結果來看(如圖一(b)所示),這類議題可以說仍然處於發展期是布局專利的熱門方向,不論廠商數量或是專利申請數量都還在不斷增加中。而2015年專利量驟減狀況的可能原因,除了包括本文檢索時間為2015年9月4日並未涵蓋全年度之申請(或核准)專利外,同時,許多新申請專利也仍然處於審查期間而無法檢索才造成專利量驟減的狀況。

圖一 健康感測導向織物型穿戴裝置歷年專利布局趨勢分析
資料來源:USPTO線上專利資料庫,最後檢索時間為2015年9月4日

進一步將專利權人資訊正規化處理之後發現,入場布局的專利權人數(含個人申請)高達923個。很明顯,這類技術的研發工作處於百家爭鳴的態勢,即便是專利量最多的SEARETE LLC也不過126件(佔不到8%,如圖二所示)。其中,最早入場佈局的廠商包括PHILIPS、BODYMEDIA、MICROSTRAIN、METROLOGIC INSTRUMENTS與BIOPHAN TECHNOLOGIES等五家,而最晚入場的廠商則是MAGIC LEAP、DEXCOM、HELLO、FITBIT與FLEXTRONICS AP等五家。從國家別來看,美國專利權人的數量最多(有770個),其次是加拿大與以色列(如圖三所示);若是從專利數來看,也是美國最具優勢,掌握的專利量高達2,180件(佔了86.27%),其次才是芬蘭與日本。台灣也有六個專利權人掌握相關技術,包括成功大學、紡織綜合所、金鼎聯合科技纖維公司、民揚生醫科技公司,以及兩個個人團隊(YANG CHANG-MING1 有一篇,另外包括YANG CHANG-MING等多人2也有一篇)。

圖二 擁有專利數量超過十件的專利權人(含個人)

圖三 各國入場布局健康感測導向織物型穿戴裝置的專利權人數

從技術方向來看,健康感測導向織物型穿戴裝置涉及的三階CPC多達225種。其中以G類最多(物理),其次是A類(人類生活需要)、B類(作業、運輸)與H類(電學)。專利量最多的研發方向是「診斷;外科;鑑定(A61B)」(如圖四所示),其次才是「電子數位資料處理(G06F)」與「專門適用於行政、管理、商業、經營、監督或預測目的的數據處理系統或方法(G06Q)」。

圖四 專利量在40件以上的CPC三階分類

進一步以技術生命週期分析的結果將健康感測導向織物型穿戴裝置在技術方向上的發展趨勢分為四個時期,包括2003年以前、2004~2007年、2008~2010年,以及2011年之後,以便觀察不同三階CPC開始出現的時間點(如表一整理)。很明顯,這類相關的織物技術是從2003年之後才開始出現,而且使用到的技術面向非常廣泛(包括像物理或電學領域的技術都有涉及到),2011年之後則強調在應用推廣上,例如「人類生活需求(A)」、「作業、運輸(B)」或「固定建築物(E)」等等。其中,「固定建築物(E)」這塊就是2011年之後才出現的新應用(例如邊角防護機制、救援設備等安全裝置或是感測開(或上)鎖等等)。

整體來看,專利量成長幅度最大的是「作業、運輸(B)」類應用(平均成長率為5.7625%),其次是「物理(G)」(平均成長率為4.8512%)與「電學(H)」(平均成長率為2.7975%)類。在A類技術中,專利量成長最多的是A61L、A43B與A63B;B類技術是B60R、B65D與B01L;G類技術是G06T、G05D與G08C;H類技術是H05K、H04N與H04W;Y類技術則是Y10S、Y10T與Y02B。而「化學;冶金;組合化學(C)」、「紡織;造紙(D)」與「機械工程;照明;供熱;武器;爆破(F)」類的專利量則開始出現減少的趨勢,其中又以後者(即F類)的專利量減少最多(平均成長率為-0.6417%)。在D類技術中,專利量還有明顯成長的分類項目則是D03D與D10B。

表一 各類技術方向(CPC三階)在不同時期中開始出現的狀況

註:灰底紅字項目為該類技術中歷年專利量成長率最多的前三項技術。

從前面的分析結果可以知道,健康感測導向織物型穿戴裝置目前仍是各家廠商布局專利的重點領域之一,不論是加入研發行列的專利權人數或專利量都在陸續增加中。而且,市場中還沒有出現掌握絕對優勢的廠商,仍處於百家爭鳴的競爭態勢。以目前來看,最早跨進健康感測導向織物型穿戴裝置布局的廠商(例如PHILIPS),在專利量上紛紛被後進者超過(例如SEARETE LLC、ELWHA LLC或FLEXTRONICS AP LLC),說明各家廠商都在積極布局這塊的技術,國內廠商仍有很大的發展機會。

在技術布局趨勢上,如果從應用面來看,整個市場大多往「診斷;外科;鑑定(A61B)」方向發展;另外,如何將相關技術應用到「車輛(含配件或零部件等)(B60R)」,尤其是研究車輛智慧功能與穿戴式裝置連結應用可能性的研發工作,則是2011年之後廠商布局健康感測導向織物型穿戴裝置市場的重點方向。

另外,國內廠商在選擇熱門技術的時候,可以參考表一歸納的結果,近幾年全球廠商布局研發技術的方向包括圖像資料處理技術(G06T)、印刷電路技術(H05K)、相關的能耗控制或調節機制(G05D)、圖示傳輸技術(H04N),以及無線通訊網路(H04W)等等技術。進一步看2015年專利布局的狀況(如圖五),除了A61B仍居榜首之外,像是對電子數位資料的處理技術(G06F,例如取樣編碼、節電處理、語音輸入、比較排序、錯誤校正等等)與專門適用於行政、管理、商業、經營、監督或預測目的的數據處理系統或方法(G06Q)也開始出現布局熱潮。

圖五 2015年全球廠商布局在健康感測導向織物型穿戴裝置的技術方向
註:僅列出專利量在10件以上的CPC三階項目

附註:

1.US20140343392, Chang-Ming Yang(楊章名), Object, method, and system for detecting heartbeat or whether or not electrodes are in proper contact. 優先權日期:2011/11/20

2.US20130066168, Chang-Ming Yang(楊章名), Tzulin Yang(楊子琳), Ching Wen Yang(楊景雯), Hao Yang(楊皓), Method and system for generating physiological signals with fabric capacitive sensors. 優先權日期:2010/05/07

參考文獻

  1. TechNews (2015/09/11),穿戴裝置向前邁進的重要一哩路:超級電容織物。TechNews科技新報。http://technews.tw/2015/09/11/wearable-computer-all-foldable-fabric-ultra-capacitor/。
  2. 賴明豐 (2015a),穿戴式裝置在高齡化社會健康醫療照護環節中扮演重要的角色。Research Portal科技政策觀點。http://portal.stpi.narl.org.tw/index/article/10131。
  3. 賴明豐 (2015b),穿戴式熱潮會是我國紡織產業追求高值轉型的重要取徑。Research Portal科技政策觀點。http://portal.stpi.narl.org.tw/index/article/10101。
  4. 賴明豐 (2015c),健康醫療導向的織物型穿戴裝置研發重點聚焦在主動感知與量測機制。Research Portal科技政策觀點。http://portal.stpi.narl.org.tw/index/article/10185。
  5. Roy Schestowitz(2011/12/08),Searete a Part of Intellectual Ventures, a Patent-trolling Firm。TECHRIGHTS。http://techrights.org/2008/11/12/searete-under-intellectual-ventures/