手持设备的发展历史和未来趋势
在手持设备还处于单色显示的时代，一对普通的5号碱性电池可以支撑几周甚至几个月；随着更快的处理器速度，更丰富的屏幕颜色和更高的屏幕亮度，现在手持设备的电池已经无法承受。再强大的手持设备，再丰富的功能，再带给你多少快乐，一旦在旅途中电量耗尽，不仅会令人失望，还会丢失重要的数据。在保持设备重量和体积不变甚至更轻的情况下，如何提高电池的持续使用时间可以说是各类便携设备面临的重要瓶颈。
燃料电池(燃料电池)
人们已经对便携式设备的未来能力提出了一些方法，其中大多数只是想法。然而，燃料电池技术的发展在最近取得了长足的进步，现在它已经成为最有吸引力、最现实和被认为是最有潜力的解决方案(图1)。
燃料电池通过液体燃料-甲醇的反应，产生的电量是同体积传统电池的两倍，从而为手持设备提供连续使用几天、十几天甚至更长的时间。在初期，消费者往往需要使用燃料瓶为燃料电池充电，但随着应用的普及，一次性燃料电池很可能会陆续上市。
最近燃料电池面临的技术难题不断被突破。以前最大的问题是外形尺寸和重量。现在，在一些厂商的努力下，已经成功开发出适用于笔记本电脑甚至手机的燃料电池。另一个难题是如何更好地处理甲醇反应过程中产生的水。最近，燃料电池的原型产品会将水存储回原来的燃料容器中，这将逐渐稀释燃料浓度，影响电池的性能。然而，在控制燃料浓度方面已经取得了进展。
燃料电池真正的绊脚石很可能不是技术，而是世界各国的政策。由于甲醇是易燃液体，在某些场合被定为违禁物品，尤其是不允许携带上飞机。有专家认为:“政府的反应非常缓慢，即使认真对待，相关解禁政策最快也要到2007年才能出台。”如果不能携带燃料电池及相关设备上飞机(商务人士的笔记本电脑等手持设备经常出没的地方)，其推广将深受影响。
手持设备
笔记本电脑
图1带燃料电池的便携式设备
微型发动机
除了燃料电池，还有一个更有趣的电源解决方案，就是微型发动机技术。这项技术是由英国伯明翰大学的一个研究小组开发的。它通过一个比普通电池小得多的微型发电机产生的电力是普通电池的300多倍，由打火机中使用的液体燃料提供动力。乍一看，这似乎耸人听闻，但这是事实。根据负责该技术研发的项目负责人Kyle Jiang博士的乐观预测，该技术将在2010年前取代所有手持设备使用的传统电池。
银聚合物电池
在寻求持久动力的过程中，人们不仅求助于燃料电池、微型发电机等新兴技术，也重视银锌电池等传统技术的开发利用。
银聚合物电池是由锌基电源公司开发的。银聚合物电池与手持设备常用的锂离子电池最大的区别在于，前者在同样大小的体积内可以容纳更高密度的化学反应物，因此可以产生更多的电能。或者，在需要缩小尺寸的手持设备中，银聚合物电池可以在保证相同电量的情况下放弃大量的物理空间。根据制造商的说法，银聚合物电池每升燃料可以产生2kW的电力，是目前锂离子电池的许多倍。
银锌电池在军事上已经使用了50多年，但是在商业化进程中仍然存在很多障碍。锌基电源的技术据说可以使银聚合物电池达到推广水平，一些手持设备制造商对其技术产生了兴趣，并有合作意向。
细菌力量(细菌力量)
这是一种比燃料电池和微型发电机更具创新性的电池技术，不仅因为它最近才出现，还因为它使用的燃料不是打火机中使用的甲醇或液化气，而是一种非常常见的食物——糖。
以后细菌电池的手持设备没电了，加适量糖粉就行了，充一次电就算了。糖会被一种名为Rhodoferax ferriducens的细菌转化为二氧化碳，并释放出电能。这种电池是由Swades Chaudhuri和Derek Lovley发明的，据说他们的原型样品具有83%的电力转换效率。此外，他们还声称这种电池的生产成本低，可以在-40度的寒冷环境和80度的炎热环境中使用。目前，他们正致力于这项技术的进一步产品化，使其外部尺寸小到足以应用于手持设备。
除了以上这些，科学家们还在努力寻找其他类型的新型电池技术，以及新型充电技术，比如可以卷起来的电池，直接从设备到设备的充电方式，无线充电等等。此外，越来越多的手持设备正倾向于将嵌入式固定电池的设计改为可拆卸(可更换)电池的设计，以更灵活的方式为手持设备提供多种电源。
在手持设备上输入少量信息的情况下，屏幕手写输入或者小键盘模式还是可以应付的。但是，当你需要输入大量信息，或者需要快速输入的时候，全尺寸键盘是必要的。在这些情况下，不能提供全尺寸键盘的手持设备通常用处不大。虽然目前市面上有一些折叠键盘，但是都是以牺牲手持设备的便携性为代价的。有没有可能开发出一种技术，既能实现全尺寸键盘输入，又能保持手持设备原有的外部尺寸？
虚拟键盘(虚拟键盘)
一家名为VKB的以色列公司实现了这一想法，其虚拟键盘技术也在不断改进(图1)。
这种虚拟键盘通过激光束将全尺寸的键盘图像投射到任何平坦的物体表面上，用户通过“轻敲”投射的“键帽”就可以实现类似于真实键盘的输入。这种虚拟键盘在两三年前就已经被全球媒体曝光，其技术本身还在发展中。由于其概念新颖，前景诱人，技术独特，受到很多人的青睐。
然而，正如配备近眼显示器的手持设备将同时保留传统显示屏一样，像虚拟键盘这样的新兴输入技术也不太可能完全淘汰手写等传统输入方式。它们出现在同一设备上，并将在不同的应用中相互补充。例如，在找不到平坦投影表面的移动环境中，可以使用手写输入。
投影仪外部
内置投影仪
图2配备虚拟键盘的手持设备
全息键盘
VKB公司发明的激光虚拟键盘虽然很方便，但是需要把键盘图像丢在比较平的物体表面上，似乎不够“虚拟”。随着全息技术的应用，一个完全虚拟的键盘呈现在手持设备上。
HoloTouch公司发明的一种全息键盘可以将键盘的3D图像投射到用户面前的空中，红外探测器可以通过扫描键盘的全息图像来识别键盘的敲击(图3)。
显然，这种3D全息键盘比VKB的平面虚拟键盘更方便，因为它不需要一个表面相对平坦的投影物体，直接将键盘图像投影在空中，这使得它的应用几乎不受限制。这两种键盘还有一个优点就是投影键盘大小可以随意改变，几乎不受硬件大小的限制。
这种全息键盘理论上并不是神话。InfoPerks公司从HoloTouch公司获得了这项技术的专利授权，并将其应用于纽约人行道等公共场所的信息显示终端。当然，它的体积还是非常巨大的，需要不断完善才能应用到手持设备上，可能还需要几年时间。
驾驶汽车中的手机按钮
手术室中的显示屏
图3投影在空中的全息键盘(图:全息键盘1~2.jpg)
感应笔感测
虚拟键盘虽然速度快，但离现实还很远。传统的手写输入在未来很长一段时间内仍是主要方式。提高其输入准确率、识别率等技术特性也是解决手持设备输入瓶颈的可行途径。
目前，掌上电脑和智能手机中使用的大部分触摸屏在亮度、对比度、色数等显示质量上有了明显的进步，但触摸输入特性仍停留在较为原始的水平。Wacom公司正在将已成功应用于平板电脑的感应笔输入技术引入手持设备。
在传统触摸屏的顶面，覆盖着一层柔性的压感薄膜，在其下方是一个半透明的模数转换器，对压力进行采样，在薄膜和转换器之间留有一定的空气间隙。每当触笔或手指接触薄膜时，薄膜被压下并接触下面的传感器，从而产生输入信号。这种传统的笔输入法有很多缺点:一是模数转换器放在屏幕上方，容易物理损坏；其次，A/D转换器覆盖了显示面板，虽然是半透明的，但还是会阻碍显示质量。
但如果使用手写笔式输入屏，那么在显示面板的背面会放置一个传感器，它会在14 mm的距离内感知手写笔的输入动作，由于传感器位于显示面板的背面，所以去除了对显示面板的遮挡，同时也保护了模数转换器。另外，这种传感器不需要屏幕表面的多层保护膜，有助于设备变轻；而且感应式输入的准确度比传统的压敏式输入高。
这种感应式输入需要专门的笔，不能像过去的触摸屏那样用其他硬物甚至手指代替。需要注意的是，这种特殊的笔不需要电池来维持工作。
Wacom曾声称与Symbian就此技术展开合作，有望尽快应用于智能手机产品。
对于显示器来说，为了追求更好的显示效果，显示面积越大越好。所以无论从台式PC、笔记本电脑，还是家庭影院的PDP、液晶电视、背投，主流的显示器尺寸都在变大。手持设备也不例外，因为消费者本质上希望它们像台式PC一样提供一个开放的显示区域。事实上，手持设备的机身尺寸和重量基本都被限制在一个很小的范围内，用传统的方法几乎不可能实现这个理想。
近眼显示
一种叫做近眼显示器的新技术可以解决这个矛盾。这是一个物理尺寸非常小的显示屏，它可以在非常接近观察者眼睛的范围内提供类似于台式PC的全尺寸显示效果。这种显示屏最典型的应用是嵌在眼镜的一个镜片上(另一个镜片是空白的)，这样佩戴者的一只眼睛可以观看显示屏，另一只眼睛可以观察周围的事物。某研究机构在部分人群中开展了这种眼镜显示器的试用活动，据说试用用户普遍反映其舒适度不错(图4)。
通过蓝牙或其他无线技术，通过将近眼显示器与手持设备连接，可以获得完全解放双手的移动计算设备。当然，这个想法还有其他的技术前提，那就是开发一种全新的命令(和数据)输入机制，来取代现有的屏幕触摸(和手写)或鼠标输入方式。
虽然还不能完全确定这种显示技术在不久的将来会无处不在，也肯定不会完全取代目前手持设备普遍使用的屏幕显示技术，但我们可以预计，这种能够提供优越便利性的眼镜显示技术将会非常受欢迎，因为另一种类似设备耳机的流行，为这种眼镜显示的普及提供了一个成功的典范。
图4是嵌入在眼镜镜片中的显示器
虚拟大屏幕(旋转视图)
即使是最大的手持设备的屏幕，其显示面积也远不如台式电脑。当然，设计师可以用软件让手持设备的小屏幕虚拟出类似桌面显示的大屏幕效果，但只能显示一部分。要观察这一切，需要不断地在水平和垂直方向滑动滚动条，操作起来非常费力。
Innoventions公司提出的一种名为RotoView的虚拟大屏幕显示技术可以让这种滚动操作变得非常容易:用户只需要稍微抬起显示屏的任何一侧(前、后、左、右)，显示的画面就会像重力一样滑向下侧，这样用户就可以从表面轻松浏览完整画面的任何部分。当用户不需要滚动屏幕时(即只显示一个完整的小屏幕)，也可以锁定该功能。
Innoventions已经开始了这项技术的授权，并继续研究将这种显示屏应用于未来手持设备的硬件技术。这种显示屏如果要用在手持设备上，需要传感器来判断屏幕的倾斜，产生相应的画面滑动，所以软件技术的进一步发展也很重要。
柔性显示屏和设备(柔性手持设备)
索尼公司建立的人机交互实验室是专门用来研究未来计算机的人机交互界面的。它的研究项目包括一个可以卷起来的手持设备。
这个设备很可能是基于所谓的电子纸显示技术，但它可以卷起的不仅仅是显示屏，而是整个机身。不久前，科学家展示了一个名为Gummi的试用样本，并用它来演示用Quicktime播放的视频。它的压力感应装置和触摸面板内置在机身中，控制不依赖于手写笔或按钮，而是依靠各种卷曲和折叠动作。
Gummi远没有好的可用性，因为它只是一个信息显示终端，没有有效的文字输入法。
随着消费电子的热潮，手持设备将是未来计算的主角。越来越多的前沿技术将被应用到各类手持设备上，各种功能设计也将接受市场的检验。移动计算和手持设备的发展将是无止境的。
随机运动印刷技术。
手持设备的打印输出也是一个长期以来深感不便的弱点。一方面，接口标准的问题导致手持设备与普通打印机难以直接连接；另一方面，即使解决了接口问题，在移动环境下携带全尺寸打印机也不现实。开发专门针对移动计算的打印技术势在必行。
PrintDreams推出的RMPT(Random Movement Printing Technology，随机移动打印技术)技术可以实现这种移动打印的任意梦想。基于此，该公司提出了PrintBrush打印机的概念设计，并成为世界上最小的打印机(图5)。通过蓝牙，这款打印机无线接收手持设备的文本或图片文件，用户只需用它在任何类型的纸张(无论厚度、大小、形状)表面滑动，即可完成现场打印输出。如果输出区域较大，不能一次打印完，可以拿着PrintBrush在纸张的适当位置继续滑动，直到打印完成。据厂商介绍，在研发这款打印机的过程中，已经考虑到了各种可能的人为因素，比如滑动方向倾斜、滑动速度快等等。
PrintBrush打印机只有圆珠笔的长度，厚度和手机差不多，重量只有350g，适合放在衬衫口袋里。据说未来的产品会更轻更小。PrintDreams正在以OEM方式推广RMPT技术，相关产品预计最早于2005年上市。
图5手掌中的打印机。
存储无忧的微型硬盘。
过去，大多数手持设备使用半导体闪存作为主要存储介质。即使以微硬盘作为存储介质的MP3音乐播放器(或集成MPEG-4视频、MP3音频和WMA音频的媒体播放器)已经普及，半导体闪存仍然是大多数手持设备使用的存储技术。但随着手持设备上图像、音频、视频等媒体应用的拓展和深入，微硬盘容量大、读写速度快、存储成本低等优势将越来越突出。目前半导体闪存的主流容量只有256MB~512MB，而像iPod这种音乐播放器使用的微型硬盘容量可以高达40GB。当然，要想让掌上电脑、手机等小型手持设备内置，还需要进一步提高微硬盘的集成度。东芝和该领域的其他领先制造商已经能够生产直径为0.85英寸(只有硬币大小)、容量为2 GB至4 GB的产品。据估计，这种硬盘有望在2005年出现在PDA和智能手机上。
图6一个类似硬币大小的微型硬盘。
一机多用软件无线电
软件无线电很可能是一项应用于未来手持消费电子设备的热门技术，但相关产品的问世至少需要五年时间。
目前所有的无线技术(包括各种无线通信设备，从FM收音机、CDMA或GSM手机到Wi-Fi笔记本电脑)都是基于硬件规定的，即其功能由硬件定义。而软件无线电技术则完全相反，即设备的功能主要由软件的应用来决定和调节。例如，你可以有一台PDA:它的屏幕上排列着代表Word、Excel、FM收音机、CDMA通话、GSM通话等功能的图标。用户只需点击相关图标，设备就会自动选择相关无线频段工作。因此，软件无线电将会有如此光明的前景:人们只需要一个手持设备，就可以在世界各地的任何无线网络上享受各种“包罗万象”的无线服务。
虽然这些技术在手持设备领域真正普及还需要一段时间，但令人振奋的消息越来越多。比如东芝、富士通等厂商都推出了搭载燃料电池的笔记本电脑，甚至有人试用了手持设备的燃料电池样品；在科学家的不断努力下，眼镜显示器正变得越来越轻、越来越小、越来越舒适。对于虚拟键盘，据说制造商正在为它挑选错误，以适应更多的应用程序。
本文从单一硬件技术的瓶颈和相应的对策入手，重点探讨手持设备的发展趋势。事实上，各种手持设备的功能设计、外观技术、软件、应用模式的变化将同样激烈和精彩。2004年初夏，在麻省理工学院媒体实验室和消费电子协会主办的一次研讨会上，关于手持消费电子设备功能设计的讨论呈现出前所未有的热烈场面。许多专家一致认为，新兴手持电子设备的发展速度已经远远超过电视机、MP3播放器等“传统”设备，它将像汽车行业一样带来丰富的市场蛋糕。这样一款极其大众化的产品，应该更加注重易用性和可用性，解决简单、便携、互联和功能丰富之间的矛盾，这将是手持消费电子设备的主流发展方向。
最后，我们简单想象一下手持设备在未来生活中扮演的角色:它是play几乎控制了所有常用的个人信息；它是一个可以播放音乐和电影的媒体播放器。是一款可以在3G、Wi-Fi、WiMax等无线网络下无缝漫游的手机和上网设备。它是调频广播、微波数字电视甚至GPS的接收终端...甚至，会是你的电子钥匙和钱包！