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穿戴裝置專題報導(四):感測晶片發展,物聯網要先有「感」才能「連」–專訪國家晶片研究中心莊英宗博士
物聯網的邏輯是「以物為本」,以物件為主體形構一個智慧的環境。而目前最常在物聯網概念中被提及的穿戴式裝置正在打前鋒,但目前市售穿戴式裝置的感測功能仍較為簡易,除了感測使用者的心跳和體溫等生理數據之外,未來也應感測更多外在環境,整合個體和外界的資訊予以分析,才能提供使用者更為全面的建議
 
 
 
穿戴式裝置、智慧家庭、智慧汽車,這些都是物聯網時代下的熱門名詞。社會普遍認為,產品如何「互連」是首要問題,但除此之外,如何「感測」亦是關鍵所在。物聯網強調物體的「自發性」,物件必須能像人類一般感受外在環境,才能進一步談抽象的物聯網趨勢。本篇專訪邀請國家晶片研究中心的莊英宗博士,解構目前台灣感測技術的發展,以及他對物聯網的見解。
 
物聯網發展,感測讓物先有「感」才能「連」
 
莊英宗從「智慧化」這個目標下的不同角色開始談起:一是電腦的運算能力,二是物件的感測能力。如果要更有「智慧」,是否應該是優先發展扮演大腦角色的電腦運算能力?然而電腦即便運算能力強大,仍是在「虛擬空間」中稱霸,而無法和「真實世界」接觸。而感測器扮演了將真實世界的訊息傳輸回到虛擬空間的關鍵媒介,讓電腦智慧真正「無遠弗屆」地主動成為我們環境中的一部分,而不是一個需要被動操作的設備。
 
過去的感測器以軍用、工業用為主,體積較不受限;而現在為了迎向個人消費市場,晶片開始往微小化、節能化發展,加上半導體技術的成長,「微感測」成為了現在的主流趨勢,從溫度到觸感,都是感測的守備範圍。但莊英宗也強調,並非所有資訊都需要回到電腦才能做出反應,就像人體一樣,「人體的許多行為或反應都並非由大腦下指令,而是身體反射的結果。」對於感測的展望和想像,目標也是做出單一感應器即時反饋的功能。
 
物聯網的邏輯是「以物為本」,以物件為主體形構一個智慧的環境。而目前最常在物聯網概念中被提及的穿戴式裝置正在打前鋒,「一項技術要能順利成長,需要有一個產業去支持。」莊英宗說。但目前市售穿戴式裝置的感測功能仍較為簡易,除了感測使用者的心跳和體溫等生理數據之外,未來也應感測更多外在環境,整合個體和外界的資訊予以分析,才能提供使用者更為全面的建議。
 
生醫感測晶片,不能設計成被保護的公主
 
2012 年,晶片中心曾發表過整合處理器和感測器的單晶片。過去,這兩種晶片大多各自獨立發展,因為兩種晶片的訴求截然不同:處理器的晶片必須要能快速運算、待在不受干擾的穩定環境;然而感測器為了要能夠直接接受外界訊息,除了必須要有辦法待在移動頻繁的環境,更需要能「裸露」。若要偵測溫度,就不能隔絕溫度,要感測什麼就要去碰觸什麼,感測晶片不能當被保護的公主,否則電腦就只能一如以往被動地被鍵入訊息,而無主動感知周遭環境的能力。
 
莊英宗表示,過去也能靠封裝技術將兩種晶片整合在同一個設備上,但整合在單晶片上,除了可以縮小體積、節省成本、並且節能之外,更大的價值在於有助於後端系統整合,這點也是感測器遍佈之後的下一關卡-如何整合如此繁雜的資訊?而體積縮小最直接受惠的就是個人穿戴的應用,晶片愈小,愈能在單一裝置上安裝更多感測器,提昇功能和便利性。
 
談到能夠裸露在化學環境中的生醫晶片,莊英宗解釋,意指能夠檢測 DNA、病毒、口腔酸鹼值的生醫晶片;而若是要偵測心跳、血壓,只要是一般的環境感測晶片都可處理。而傳統的生醫晶片是以玻璃基板為主,近年移轉到 IC 晶片上,可以達成微小化的目標。「這麼做可以減少檢體的採集量、縮短檢驗時間、提高敏感度,甚至因為成本降低,可以發展拋棄式的檢測晶片。」
 
莊英宗表示,生醫晶片不一定只能用在嚴謹的醫療診斷情境,也可以作為如同測體重這般的日常健康關注行為,讓人們便利但更精準的進行保健,例如已屆保存期限的過期食物,以生醫晶片快速檢測就可以決定還能不能吃,而這個晶片也未必是拋棄式,可能只有前端偵測的部份是拋棄式、或是使用氣體偵測法等等不一而足。
 
科技與人之間關係的反覆調整
 
電腦發展的爆發點始於個人無線通訊的出現,但仍以「虛擬空間」為主,需以人工鍵入並傳送文字、語音和圖片;如今「真實物件」之間必須能彼此了解外界資訊,如今雖然已有許多裝置具有蒐集實體世界資訊的能力,莊英宗認為,現階段物聯網仍尚未成熟,目前的穿戴式裝置、智慧家庭,都只能算是第一步。
 
「例如這張桌子能否自己知道並且回報我有多少人正在使用?冷氣機能否不需要等我按下遙控器,就能判讀室內室外氣溫、進屋的人數、或是我的偏好與生活習慣,調整出最適合的溫度和風量?」莊英宗強調,真正智慧化的物聯網不需等到人為操作,而應該直接感知外界並做出反應。
 
在發展物聯網相關技術時,也不能忽略使用者和社會制度等多重層面的問題。以資安問題為例,物聯網的概念打破許多規則,個人資訊變得更容易取得。廣達電腦技術長張嘉淵曾提過,物聯網 IOT 其實也是「Internet of Trust」,使用者必須信任這些裝置,信任其所提供的資訊、服務,才能享受其所帶來的便利。
 
 莊英宗站在技術專業的立場,認為技術並非科技發展的最首要問題,反而是不同技術角色之間的整合、以及社會對於新科技的接受程度,往往才是最困難的事情。「我們擁有許多技術專精的人才,但要讓他們做甚麼?解決什麼問題?創造甚麼價值?」也因為如此,莊英宗認為不管是要投入生醫晶片或是智慧穿戴等科技領域,在學校裡唸什麼科系反而不是最重要的,能夠了解跨領域的思維,才能有助於系統性的整合。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)
 
責任編輯:鄭國威
審校:陳妤寧
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