晶動世界

 
2017/07/03 國家實驗研究院國家晶片系統設計中心     245
 
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「早安!分析你的睡眠品質、運動頻率,還有身體資訊,你今天的健康指數是95分!」不要懷疑,未來幾年內,每天早上由穿戴式設備向您報告身體狀況的科幻場景,將會真實上演。實現這猶如電影情節的關鍵技術,是像人類一樣,可以感知外在環境的感測晶片。

  感測晶片並不罕見,時下的智慧型手機內部,通常就裝有加速度計、陀螺儀、距離感測等數種感測晶片,感測晶片偵測環境狀況,取得溫度、濕度、加速度等數據後,透過軟體分析,便可轉變為對使用者有幫助的資訊。更有甚者,感測晶片會連上網路,提供更多樣化的應用,而這也正是近幾年科技產業發展重點-「物聯網」的概念。

  隨著物聯網的興起與穿戴式裝置的普及,感測晶片的應用也越來越廣泛。法國知名市調機構Yole就預估,感測晶片在2014~2019年之複合成長率約為13%,到2019年產值將達240億美元。台灣是半導體IC大國,晶片製造及設計產業的全球市占率分別高達60%及12%,自然不能在感測晶片的市場缺席。

  國家實驗研究院晶片系統設計中心(晶片中心),雙管齊下:在技術面,研發世界首創的「多感測整合單晶片技術」;在應用面,推出模組化概念的「MorSensor-無線感測積木」,以及貼近民生的「雲端電子鼻」,為臺灣的IC產業開啟新契機。

 

多感測整合單晶片技術

  目前市場上的感測晶片,依照感測物目的的不同,大致可分成運動、環境、生醫三大類。這三大類感測晶片受限於架構原理上的差異,必須採用三套不同的製程,當單一穿戴式裝置或物聯網產品需要同時具備這三項功能時,不同功能的感測晶片和系統電路之間都無法直接整合,這會造成微小化和節能的困難,也提高了生產成本。

  晶片中心和製程廠共同開發的「多感測整合單晶片技術」,克服了諸多困難,完成了運動、環境及生醫三大類感測晶片與IC電路的整合驗證。未來單一晶片將可內含多項不同種類的感測功能,甚至連無線通訊、計算及記憶等一般IC功能也可以一併整合,大幅簡化製程、縮小晶片的面積,也減少了耗電量,讓未來的穿戴式裝置更有智慧、物聯網功能更強大。
 

MorSensor-無線感測積木

  晶片中心以Morphing(變形)、Sensor(感測器)結合模組化概念,開發出的「MorSensor-無線感測積木」,只要組合適當的「積木」,如供電、計算、通訊、感測,就可以成為一台體積微小卻極為靈敏的感測儀器,而且只要抽換其中某些積木,就可以變身為另一台不同功能的感測儀器。

  例如,組合供電積木、計算/通訊積木和酒精感測積木,MorSensor可以變成酒測儀;把酒精感測積木替換成顏色感測積木,MorSensor就變成了色彩分析儀;把顏色感測積木換成運動感測積木,再結合分析軟體,MorSensor頓時又變成了揮棒姿勢的分析儀。

  「MorSensor-無線感測積木」未來將朝更多樣化、微小化、與簡單化的方向邁進,使感測技術更貼近生活,無限延伸人類的感官。
 

雲端電子鼻

  根據內政部消防署統計,台灣每年發生超過500件一氧化碳中毒案例,多因瓦斯熱水器安裝於室內或加蓋陽台等空氣不流通處所,導致燃燒不完全而產生一氧化碳。為了有效降低一氧化碳中毒案例,政府積極教育民眾如何正確安裝瓦斯熱水器,並鼓勵民眾加裝一氧化碳警報器,然而,傳統的一氧化碳感測器卻存在著兩個盲點:第一,傳統的一氧化碳感測器多安裝電池,民眾不一定會定期檢查電力;第二,雖然在偵測到一氧化碳時,一氧化碳感測器會發出警告音,但是如果住戶人在遠處,或不在家,一樣無法避免意外的發生。

  晶片中心針對這兩個盲點,研發出裝有一氧化碳感測器的「雲端電子鼻」。這項產品安裝在瓦斯熱水器的冷水入口處,能夠藉由水流的流動來產生電力,不會有緊急時沒電的情況發生。另外,「雲端電子鼻」也是一項標準的物聯網產品,在偵測到一氧化碳時,它不但會發出警示音,還可以即時連上網路,通知住戶、消防局、警察局、或是保全公司,避免意外的發生。
 
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