人類可以透過各種「感官」去感覺外界資訊，例如：眼睛的視覺、耳朵的聽覺、口腔的味覺、鼻子的嗅覺以及皮膚的觸覺。人類的感官有其限制，所以我們看不到紫外線也聽不到超音波；感測器的發明讓這些限制得以突破，透過各種感測器我們可以擴大我們的感知範圍，並且可以量化這些感測資訊。而半導體以及相關技術的進展讓感測器得以微小化，也讓感測器迅速走入我們的日常生活。本次演講我們將介紹多種感測器的有趣應用，以及如何快速將一個概念變成具體實用的感測系統。

 

聽講心得（撰文｜孫維新館長）

 

上週五（06/09）晚間的第七場春季展望演講，由國家實驗研究院國家晶片系統設計中心黃俊銘博士擔綱，黃博士以「從感官到感測－淺談感測晶片高速整合技術與應用」為題，分享感測器如何超越感官極限，獲取具體實用的資訊，並且發展出多元應用價值，朝實踐創意的智慧生活邁進！

演講一開始，黃博士就藉由心路歷程的回顧，講述自己一直以來的追求：致力「系統微型化」，只要看見有趣的東西，都會思考該怎樣讓它變小！這也是他20多年來從事晶片工作的原因之一。黃博士曾在2004年與成大教授合作開創了「多計畫單晶片系統」（將很多晶片系統進行融合），後來希望加進不同製程的複雜功能，於2007
年開始異質整合，團隊轉向研究系統級封裝的新方向，並在2011年完成了MorPACK （多層系統晶片模組結構），在國內獲得「國家發明創作獎」的殊榮，還被享譽國際的電機電子工程師學會（IEEE spectrum）以「台灣R&D Group」標題報導，讓世界看見台灣的研發與設計實力！

邁入感測時代的重點在於：如何開發各式各樣的感測應用？黃博士列舉了許多研發案例，比如在對橋樑基礎裸露掏空方面，他們開發了橋梁沖刷深度感測系統，目前在濁水溪流域安裝。另外也有為了一氧化碳感測而開發的雲端電子鼻，可無線上網，還不用電池，獲得了紐倫堡國際發明獎金牌。而在娛樂性質的感測應用方面，則有
虛實積木，與浮空顯示器一同互動遊戲。他們現在主要研發的是MorSensor感測積木，希望大家一起使用這項產品開發各式各樣的感測應用！

人的五種感官包括視、聽、味、嗅、觸，而它們又分別對應到辨別顏色、光、聲量、味道，和溫度等功能，相較於感測器，人的感官具備的優點是輕薄短小、攜帶方便、低功耗（不需要散熱器）、不須校正，與完美構裝，但它們也有限制，如可見光範圍、視角範圍等，而這正是為什麼需要感測器的開發。簡單定義「感測器」，是指能將物理量變成可量化數據的設備。溫度計與氣壓球就具備這樣的性質，可稱為感測器前身，因為它們尚有體積太大又危險等缺陷。他接著提到傳統感測器熱電偶的發明，其應用原理是任何導體被施加熱梯度時產生電壓，正符合感測器將物理量轉為可量化數據的特性。

感測器其實非常貼近我們的生活，以大家隨身攜帶的手機為例，手機裡的感測器包含聲音、影像、光線、距離、加速度、陀螺儀、地磁、指紋、霍爾，與氣壓感測器等。因為半導體技術的優勢，感測器的研發往體積小、量產快、成本低的趨勢發展，但這並不是絕對優勢，黃博士還說，不同感測器的準確度和價位其實是成正比的，它們各有市場，選擇時取決於應用於何處。

黃博士提到很多人會好奇感測器怎麼感測？事實上大部分是藉由物理量的變化反應到電性（電壓、電流、電阻、電容）的變化進行測量。因為感測器本身的個體特性不同，會導致量測出來的結果有差異，這時校正就顯得相當重要了。感測器的校正重點在如何產生可控制且精確的物理量，以加速度感測器為例：如何營造出持續的
力？他向大家解釋，這部分他們想到的是離心力，不過馬達卻又成了另一個變因，由此我們可以看得出來，有時校正環境也不好設計。

現在生活中廣泛應用的感測器，還包括了靜脈感測顯像系統、聲音照相系統、動作捕捉感測系統等，黃博士預言「素人感測時代」即將來臨，什麼是「素人感測系統」？其特點正是順應了市場需求：概念較直覺、技術較簡單、生活化、柔性、開發週期短等。以MorSensor感測積木為例，從加速度感測、影像感測，甚至是二氧化碳感測器都有，希望使用者自己設計挑選組合，開發出相應系統。

黃博士在最後介紹了MorSensor創意競賽，希望藉此鼓勵大家投入，他列舉了2015、2016年的投稿作品，包括「洗衣店動態顯示」、「彩妝模擬推薦」、「天氣娃娃」等，可謂創意無限，而今年的MorSensor創意競賽題目為「科普」，目前正在公開徵稿，他表示期待大家能踴躍參與，也期望在未來感測器能夠更普及、更多元、更國際化、增加不同社群參與，並且無所不在！