健康照護商機大爆發 帶動生物感測技術躍進

工研院新研發的3D智慧視覺感測技術，則擁有快速辨識場域內環境樣貌的能力，可讓機械手臂在短短幾分鐘內熟悉環境，迅速完成產線上的定位架設。工研院

商機上看上兆美元的物聯網，最大特色在於設備之間能夠自動溝通、交換資料，不僅可以省下人工處理的困擾，也能夠避免資料經過二次加工而失真，反而失去利用價值。物聯網運作的基本架構，是由感知層、網路層與應用層所組成，利用即時透過感測設備獲取各種資料與訊息，再透過網路層將資料送到雲端平台之中，雲端主機則依照系統預設功能提供相關應用服務。

而全球可連網裝置能夠快速增加主因，不僅僅受惠於半導體技術大幅進步，讓資料速度大幅提昇，更發展出整合電子及機械功能製作而成的微電子機械系統(Micro Electro Mechanical System；MEMS)，讓連網裝置既擁有電子訊號的處理能力，並且有機械結構的運動能力，搭配光學、化學、生物、磁學等感測元件，便能提供過去大型設備才擁有的偵測功能，讓生活能夠朝智慧城市、智慧家庭、智慧工廠、智慧交通等目標邁進。

Bosch Sensortec亞太區總裁百里博指出，MEMS感測元件發展大概可以分成三個階段，最初是從1990年代開始應用在汽車產業之中，如利用加速度器、壓力感測器、流量控制器等元件，以確保行車安全與提升燃油效率。而在半導體技術進步，昂貴MEMS元件價格逐漸下滑後，則大量應用於消費性電子產品中，如數位相機中防震系統，手錶中的GPS模組，體感遊戲中的加速度器、角速度、水平儀等，而應用面向更廣泛的物聯網時代，將會是推動感測元件第三次革命。

動作感測元件成熟  環境感測器應用大增

從1990年開始被大量應用的加速器、磁力計感測器、陀螺儀等等，發展至今已有20年以上的歷史，均是技術非常成熟的感測元件。不過隨著連網裝置朝求體積小、低功耗，近來則朝向6軸、9軸感測器方向發展，以便能提供消費性電子產品、連網裝置更精準的感測能力。目前市面上，更有廠商推出專為光學影像穩定系統設計的超小型第三代重力感測器，面積僅有5mm×5mm、厚度小於0.75mm，有助於提昇智慧型手機在動態環境下的拍攝效果。

相較於動作感測器，可以偵測、空氣溫溼度、有毒氣體、光線變化的環境感測元件，則是製造業發展智慧工廠不可或缺的重要推手。如Bosch環境感測模組BME680，便整合偵測揮發性氣體、濕度、壓力與溫度等功能，讓設計人員可輕鬆整合至生產機台之中，可保護生產過程中的安全。如近來台灣、日本連續發生的大地震，儘管導致有不少半導體廠房因為搖晃過於劇烈，以致於發生生產設備自動停機的狀況，但均沒有衍生出化學物質外洩的狀況，可歸功於環境偵測器的普及。

在濕度感測工具部分，過去傳統是以量測乾燥空氣中的含水蒸氣質量為主，但並不適合天氣較為潮濕的台灣環境，很容易有數值失真的狀況。現今多數工廠建造過程中，都改用採電阻、電容式技術的相對濕度計，比較貼近實際廠房的工作環境。此外，市面上亦有結合偵測有毒氣體與濕度的電化學感測器，讓廠房管理人員可透過單一介面，可即時掌握整體廠房的環境變化，進而做出最適當的處置。

掌握生理變化狀況  仰賴生物感測元件

近來出貨量暴增的穿戴式裝置，在內建偵測動作狀態的物理感測元件外，也因整合能偵測配戴者體溫、血壓、血氧、心電、血糖等生理數值，才會被許多政府組織視為可有效管理民眾健康狀態，解決醫療費用不斷增加的最佳方案。有別於傳統物理或化學檢測方式，生物感測是利用生物活性物質具專一性、高靈敏度等特性，讓原本要經過複雜檢驗化驗程序，能夠在最短時完成，讓檢驗成本得以大幅下滑，預估到2019年的全球產值將達155億美元。

表面上看起來平凡的生物感測元件，其實是結合半導體、微流體、奈米科技等技術而成，讓生物感測器具有極小化、快速反應等特性，針對核酸、胺基酸、抗體等特定小子，將生物化學訊號被轉化為電訊號並加以放大，已方便醫療人員獲消費者判讀。如糖尿病患者必備的為血糖計，即是目前普及率最高的生物感測器，讓患者無論身在何處均能隨時掌握自身血糖變化，對降低整體醫療費用有極大幫助。

工研院產業經濟與趨勢研究中心主任蘇孟宗表示，現今穿戴式裝置內建的生物感測功能，多半採用直接感測模式，即是直接對量測目標進行量測，因技術多來自原有醫學器材技術，有量測精準度較高的優勢，但已有體積大、成本高、侵入式、量測過程繁複等缺點。因此，現已有研發團隊發展間接感測模式的趨勢，即是以較為簡易且常見的感測器，量測生理替代物之數值，再透過演算法推斷目標物數值，不僅可大幅降低裝置成本，也讓穿戴式裝置更容易普及，但該技術需要跨領域專業知識與長時間的演算法研發期，整體研發成本並不低，真正問世時間也很難預料。

打造智慧工廠  3D感測技術扮要角

被視為可帶動製造業轉型的智慧工廠，也是亟需借重感測元件的產業之一，除能夠讓資料自動交換之外，管理員亦能即時掌握設備運作狀態，避免發生產線停機而不自知的狀況。而工研院新研發的3D智慧視覺感測技術，則擁有快速辨識場域內環境樣貌的能力，可讓機械手臂在短短幾分鐘內熟悉環境，迅速完成產線上的定位架設，解決傳統機械手臂裝設動輒需要調校數小時的問題。此外，該項技術還能讓機械手臂更靈活聰明地進行更高階的深度拼接、組裝、選取工作，達到優化生產效率及流程的目標。

工研院指出，3D智慧視覺感測技術能判別物件的顏色、形狀、質地和空間深度位置，並做到即時掃描立體場景以及辨識物件姿態，其自動化3D空間校正的功能，可快速計算出深度攝影機與手臂的距離落差，進而調校距離落差，讓機械手臂手、眼更協調，以便能夠符合實際生產需求。

工研院智慧微系統科技中心主任朱俊勳表示，傳統機械手臂只能夾取排列整齊的零件，若是不規則形狀的東西，無法順利完成，只能改由人工輔助的方式進行。而透過3D視覺智慧辨識自動取放整列系統的協助，機械手臂就能自動針對零件區做立體掃描，並判斷該使用何種角度才能正確夾起零件，大幅降低傳統機械手臂所需要的輔助人力。

VR技術成熟  普及關鍵在應用

2015年起在CES、MWC展覽中，大放異彩的虛擬實境(Virtual Reality；VR)頭盔技術，主要可以接收來自智慧手機、遊戲主機或者電腦提供的影像，而讓畫面呈現在頭盔裡的螢幕之中。該頭盔中鏡片距離不僅能夠依照消費者瞳距調整，且能夠涵蓋100°~110°之間的視角，而成像技術則是透過對焦和二次成像修正技術，利用眼睛的視覺暫流特性，讓2D圖像轉換成看似立體的3D影像。

簡單來說，VR設備顯示技術與多年前相當成熟的3D眼鏡技術類似，每秒鐘至少要能夠呈現60張影像，才能避免相用戶發生眩暈和噁心的狀況，如Sony PSVR套件便可以呈現每秒120張的畫面。而VR設備應用能否大幅成長的關鍵，除取決於設備價格之外，業者的開發套件是否充足、研發人員的應用創意等，亦是非常重要的關鍵。