AI/健身風(fēng)潮帶動(dòng) 穿戴設(shè)備傳感器精確度再升級(jí)

　　健康管理風(fēng)氣盛行　光學(xué)感測(cè)元件再進(jìn)化

　　隨著消費(fèi)者對(duì)于穿戴設(shè)備的功能要求日益增加，羅姆半導(dǎo)體臺(tái)灣設(shè)計(jì)中心技術(shù)協(xié)理王韋迪也認(rèn)為，此一趨勢(shì)將會(huì)推動(dòng)穿戴設(shè)備朝兩極化(低階、高階)的市場(chǎng)發(fā)展，而高階產(chǎn)品的功能越多，對(duì)于傳感器的精確度要求也會(huì)越高。

　　像是偵測(cè)跑步、游泳、消耗多少卡路里、走路頻率等，這些應(yīng)用都是靠傳感器收集數(shù)據(jù)，再由后端算法進(jìn)行分析，若傳感器的精確度提升，將有助于算法的數(shù)據(jù)分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。

　　王韋迪以血壓偵測(cè)的應(yīng)用為例，指出現(xiàn)在消費(fèi)者對(duì)于相關(guān)應(yīng)用的要求不僅止于血壓、脈搏跳動(dòng)次數(shù)等測(cè)量，還希望能借此得知血管年齡等生理征象;為實(shí)現(xiàn)此一目標(biāo)，應(yīng)用于血壓偵測(cè)的傳感器須提高取樣頻率，增加單位時(shí)間內(nèi)的測(cè)量次數(shù)，才能取得復(fù)雜的生理征象。

　　也因此，羅姆持續(xù)精進(jìn)傳感器的制程技術(shù)，例如該公司近期推出的新款支援壓力測(cè)量和血管年齡測(cè)量的光學(xué)式脈搏感測(cè)IC—BH1792GLC，其感光部由紅外線截止濾光片和Green濾光片組成，透過(guò)Green濾光片，可僅讓綠色波長(zhǎng)穿過(guò)，進(jìn)而降低紅外線和紅外光等干擾，使此一傳感器在即便像運(yùn)動(dòng)時(shí)的劇烈晃動(dòng)和太陽(yáng)光等紅外線較強(qiáng)的環(huán)境下，也能執(zhí)行高精度脈搏測(cè)量。

　　此外，該產(chǎn)品還可以對(duì)應(yīng)1024Hz高速取樣，與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，脈搏測(cè)量速度最快高達(dá)32倍，可以支援目前備受市場(chǎng)矚目的壓力、血管年齡等生命征象數(shù)值測(cè)量。

　　王韋迪指出，當(dāng)然，除了上述新款脈搏感測(cè)IC使用的方式外，傳感器強(qiáng)化精確度還有許多方面須要考量，像是如何透過(guò)制程優(yōu)化，讓傳感器內(nèi)部的電容電阻更小，或是降低電路板上走線之間的電感等，使傳感器具備更高的精確度，都是在硬體設(shè)計(jì)上須要注意的地方。

　　另一方面，未來(lái)健康醫(yī)療勢(shì)將成為穿戴設(shè)備的重要應(yīng)用市場(chǎng)，多方合作，形成產(chǎn)業(yè)合作鏈，一定是未來(lái)傳感器供應(yīng)商的必經(jīng)之路。王韋迪指出，當(dāng)傳感器偵測(cè)到數(shù)據(jù)之后，后端的資料擷取、分析就跟算法相關(guān)，為此，傳感器供應(yīng)商除了從硬體著手外，也須和算法公司合作，軟硬兼施來(lái)提升傳感器的整體偵測(cè)效能;至于在數(shù)據(jù)判讀上，則須仰賴專業(yè)的醫(yī)療團(tuán)隊(duì)支援，如此一來(lái)，借由多方的合作，方可提供消費(fèi)者值得信任且精確的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果。

　　對(duì)于穿戴式設(shè)備未來(lái)發(fā)展，李定翰也持同樣看法，認(rèn)為低/高階的市場(chǎng)區(qū)隔會(huì)愈加明顯，高階的穿戴設(shè)備將會(huì)朝特定應(yīng)用發(fā)展，例如醫(yī)療、運(yùn)動(dòng)等;消費(fèi)者所需的功能也不像以往，只需簡(jiǎn)單的心跳、走路步數(shù)偵測(cè)就行，而是要判讀使用者目前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，或是運(yùn)動(dòng)結(jié)果分析等。

　　因此，傳感器在穿戴設(shè)備中的角色日顯重要，不過(guò)，穿戴設(shè)備的使用對(duì)象向來(lái)是不固定的，每個(gè)使用者的膚色、毛發(fā)量都不盡相同，變數(shù)很多，所以，如何提升傳感器精確度就成了現(xiàn)在各家供應(yīng)商思考的問(wèn)題;只要研發(fā)的產(chǎn)品精確度愈高，偵測(cè)出來(lái)的數(shù)據(jù)愈準(zhǔn)確，就愈能加速終端制造商產(chǎn)品和應(yīng)用開(kāi)發(fā)時(shí)程，滿足消費(fèi)者需求。

　　那么，究竟要如何進(jìn)一步提升傳感器精確度?李定翰以量測(cè)血壓的傳感器為例，指出目前大多還是使用光學(xué)傳感器偵測(cè)血壓，但如上述，每個(gè)人的生理特征都不相同，所以在量測(cè)時(shí)總會(huì)遇到許多變數(shù)，因此，業(yè)者須將光傳感器結(jié)合其他技術(shù)，強(qiáng)化光傳感器對(duì)不可見(jiàn)光的分離效能，使其能在第一時(shí)間就先排除許多外在變動(dòng)因素(如雜訊、光源的路徑變動(dòng))，讓后端的算法能更快分析數(shù)據(jù)資料。

　　像是ams近期推出的新款新型生命體征傳感器—AS7024，便整合了包括AS7024的所有硬體元件，以及執(zhí)行血壓測(cè)量、心率測(cè)量(HRM)、心率變異性(HRV)和心電圖(ECG)所需的軟體。該傳感器IC由三個(gè)LED燈、光電二極體、一個(gè)用于HRM的光學(xué)前端和程序設(shè)備以及一個(gè)用于ECG的類比前端組成，且都整合在一個(gè)6.1mm× 2.7mm的微型封裝中。通過(guò)外部傳感器介面，該參考設(shè)計(jì)還可用于迷走神經(jīng)張力與動(dòng)脈彈性，以及皮膚溫度和皮膚電阻率的計(jì)算測(cè)量。

　　另外，AS7024 HRM操作以光電容積脈搏波描記法(PPG)為基礎(chǔ)，通過(guò)由血管調(diào)整的采樣光來(lái)測(cè)量脈搏率，當(dāng)血液脈沖通過(guò)時(shí)，血管會(huì)擴(kuò)張和收縮，這項(xiàng)技術(shù)是經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的。心電圖是測(cè)量心臟竇房結(jié)生成的電子脈沖的標(biāo)準(zhǔn)方法。

　　李定翰表示，在設(shè)計(jì)傳感器的過(guò)程中，也須與模組商或是設(shè)備制造商密切配合，因每個(gè)業(yè)者設(shè)計(jì)的產(chǎn)品、功用不同，其客群和使用者也不一樣。像是防水需求就有許多種，有的防潑水，有些要求水下三公尺防水，有的則希望能到水下十公尺，每個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)想法都不一樣;而在設(shè)計(jì)上的任何一個(gè)因素，例如鍍膜、傳感器放置位置、光線入射角等，都會(huì)影響傳感器的精準(zhǔn)度。因此，傳感器供應(yīng)商也須與終端業(yè)者配合，依照其硬體設(shè)計(jì)環(huán)境和想法，提升傳感器精準(zhǔn)度，滿足需求。

　　小巧/精準(zhǔn)/低功耗成傳感器必備特性

　　恩智浦半導(dǎo)體大中華區(qū)市場(chǎng)行銷經(jīng)理弋方指出，2018年可以看到很多可穿戴式應(yīng)用的需求都有了明顯成長(zhǎng)，例如支援移動(dòng)支付的智能手表、手環(huán);易用小巧的耳機(jī)及VR眼鏡等;可攜式的健康監(jiān)測(cè)和醫(yī)療護(hù)理產(chǎn)品等。

　　其中，在可攜式健康照護(hù)設(shè)備應(yīng)用當(dāng)中，消費(fèi)者要求測(cè)量精度能達(dá)到醫(yī)療級(jí)的性能水準(zhǔn)，家人和醫(yī)生可以即時(shí)的獲得和監(jiān)測(cè)到最可靠的健康數(shù)據(jù);或是以可穿戴式健身設(shè)備為例，目前市場(chǎng)上的大部分設(shè)備都具有簡(jiǎn)單計(jì)步功能，而復(fù)雜度更高的傳感器和傳感器融合算法可使誤差降低至2%，讓可穿戴健身設(shè)備不僅僅可用于簡(jiǎn)單計(jì)步，還能識(shí)別不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以及判斷姿勢(shì)的異常。

　　因此，未來(lái)，傳感器除了具備小尺寸、低功耗特性外，也須不斷精進(jìn)精確度，使傳感器在更嚴(yán)苛的環(huán)境，或是更寬的工作溫度范圍不易受到影響;以便更有助于融合機(jī)器學(xué)習(xí)和AI算法，適用于更豐富、更具智能的應(yīng)用場(chǎng)景和服務(wù)。

　　王韋迪則補(bǔ)充，對(duì)消費(fèi)者而言，穿戴式設(shè)備不是生活中“必要”或“需要”的產(chǎn)品，但會(huì)是“想要”的產(chǎn)品;所以，要如何為穿戴產(chǎn)品增添更多功能，吸引消費(fèi)者來(lái)購(gòu)買產(chǎn)品，是穿戴式設(shè)備制造商不變的戰(zhàn)略。因此，像是偵測(cè)心跳、步數(shù)、心電圖、血氧、呼吸頻率等功能將會(huì)越來(lái)越多，而這些應(yīng)用背后都是由算法支援。特別是在AI崛起后，這些應(yīng)用項(xiàng)目愈來(lái)愈多?？上攵磥?lái)當(dāng)穿戴式設(shè)備與AIoT結(jié)合之后，商機(jī)將會(huì)大爆發(fā)。因應(yīng)此一趨勢(shì)，傳感器的精確度勢(shì)必須持續(xù)提升，以因應(yīng)愈加復(fù)雜的算法。

　　總而言之，AI的迅速崛起為穿戴式設(shè)備帶來(lái)全新應(yīng)用，而為因應(yīng)更加復(fù)雜的算法，負(fù)責(zé)收集資訊的傳感器，其角色也愈加吃重，不僅須具備小尺寸、低功耗特性，精確度也須跟著向上攀升，才不會(huì)造成訊息搜集品質(zhì)不佳，而影響后續(xù)算法處理與應(yīng)用，并進(jìn)一步帶給消費(fèi)者更佳的使用體驗(yàn)。