多感測器整合單晶片製程問世!穿戴式裝置更添智慧
多感測器整合單晶片製程問世!穿戴式裝置更添智慧
2015.03.24 | 科技

「早安!根據你最近的飲食、運動以及身體資訊來看,目前的生理狀態沒有異狀,請繼續保持喲!」當某天早晨,你的隨身裝置在你的耳邊告知上述訊息,請不要訝異,未來幾年內就有機會實現這樣的情境。國家實驗研究院晶片系統設計中心與國內晶圓廠共同開發出的「多感測整合單晶片製程」,可以將許多微機電系統(MEMS)感測器、數位邏輯電路整合在一起,實現小尺寸、低成本及低功耗的系統單晶片(SoC)方案,讓穿戴式裝置更添智慧。

多整合感測晶片
(圖說:多感測整合單晶片與耳環、米粒、硬幣大小比較。圖片來源:蘇宇庭攝影。)

##實現穿戴裝置智慧化功能,MEMS感測器扮要角
國家實驗研究院晶片系統設計中心前瞻技術組經理蔡瀚輝表示,MEMS感測器在物聯網(IoT)應用扮演著舉足輕重的角色,尤其智慧眼鏡、手錶、手環、戒指、鞋子、衣服等穿戴式裝置內,更是少不了MEMS感測器的存在。

日前蘋果發布的Apple Watch內,就內建了心率感測器以及可偵測運動軌跡的MEMS加速度計(Accelerator);而未來,若要進一步擴大穿戴式裝置的應用潛力,就須內建更多種類型的感測晶片,包含運動感測器(加速度計、磁力計、陀螺儀)、環境感測器(溫度、濕度、壓力、氣體等)及生醫感測器(心跳、血壓、血糖等)。

不過,現有MEMS感測器構造特殊,因此無法與一般晶片的數位邏輯電路整合在一起;此外,動作、環境、生醫等不同類型的感測器,製作方法也相異甚鉅,難以整合或封裝於一,在電路板上都是處於分家狀態。

多感測整合單晶片
(圖說:傳統製程技術,運動、環境、生醫感測器以及一般IC晶片必須分置,難以被整合在同一平台上(左);國研院的「多感測整合單晶片」,可將所有感測器及一般晶片整合在單一的SoC上(右)。圖片來源:國研院提供。)

##多感測整合單晶片技術助威,MEMS感測器/數位邏輯電路大融合
所幸,經過國家實驗研究院與國內晶圓廠-台積電、聯電的共同努力之下,一個可將多種類型的MEMS感測器、一般IC整合成單晶片的製程技術於焉問世。

透過這項技術,未來單一晶片上可內涵多項不同種類的感測功能,而且也可以將無線通訊、運算及記憶體等一般IC功能一併整合於其中。該技術並已取得7件台灣專利及6件美國專利,另有6件專利尚在申請中。

「未來,你想整合10個、20個以上的感測器可能都不是問題」蔡輝瀚說,過往能在同個封裝內整合三個MEMS感測器就相當了不起,但透過這個製程技術,可大幅開拓感測器與一般晶片的整合潛力。

蔡輝瀚進一步預估,藉由此項製程技術,不但可以簡化繁複的製程,亦可縮小晶片面積達50%以上,成本可減少三分之一至四分之一,而耗電量也可降低50%左右。

國研院蔡輝瀚
(圖說:國研院晶片系統設計中心蔡輝瀚表示,「多整合感測單晶片製程」可以提升國內晶圓廠、感測器廠商的技術實力,迎頭破除國外大廠在MEMS感測器領域設下的重重專利壁壘。圖片來源:蘇宇庭攝影。)

##晶圓廠、IC廠通力合作,國內感測技術發展添動能
事實上,MEMS感測器領域目前皆係由國外業者所瓜分,如意法半導體(STMicroelectronics)、Bosch等,台灣感測晶片產業在全球市占率不足1%,全球前30大感測晶片商內更無台廠的蹤影。

然而,台系晶圓廠、IC設計晶片商表現在世界舞台上卻極為出色,全球前20大半導體業者中,就有台積電、聯發科、聯電三強雄踞榜上。蔡輝瀚認為,若台灣感測器業者、晶片商及晶圓代工廠能夠齊心協力,利用國研院與台積電、聯電的「多整合感測單晶片製程」平台展開合作,而感測器與其他晶片商在此平台上進行多頭整合,將能共創多贏局面,並厚實國內感測器業者的競爭優勢。

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青年如何跨出改變社會的第一步?Impact Star 3 組首獎團隊從教育到減塑,把想法帶進真實現場
青年如何跨出改變社會的第一步?Impact Star 3 組首獎團隊從教育到減塑,把想法帶進真實現場

許多年輕人懷抱熱忱,期盼透過行動讓社會變得更好,卻在起步時感到茫然,不知道該從何著手,也難以確認自己的想法是否回應真實需求。為了接住這份想要改變社會的熱情,「2026 Impact Star 青年影響力啟動賽」為青年搭起一個動手實作的舞台。

Impact Star 由新北市政府青年局主辦、社企流共同推動,邀請 5 個社會創新組織提出第一線問題,並安排專業導師陪伴 10 組青年團隊展開兩個月的實作,從訪談、理解需求開始,把點子一步步做成能進入現場測試的方案。

新北市政府青年局
圖說:新北市青年局 邱兆梅 局長分享「Impact Star 青年影響力啟動賽」的辦理初衷
圖/ 新北市政府青年局

把科學教材放進 LINE,協助老師更快完成備課

「LIS 情境科學教材」長期製作國中小科學影片與教學資源,這次競賽以「跨科教學減壓」為題,希望青年找出方法,協助非自然科背景的老師更容易使用這些教材準備科學課程。

本次獲獎團隊「EDU」成員劉子瑤、梁秭萁訪談一名剛進入教育現場的老師後,發現對方同時教授近 9 個科目,還要兼顧行政工作與班級經營,備課時間格外珍貴。因此決定把解決方案聚焦在備課流程最佳化,協助教師更快找到適合的教材。

「EDU」 決定利用教師們最熟悉的 LINE 官方帳號,整合 LIS 影片、投影片與教案,再把教材內容製作成視覺化備課卡。使用者只要透過手機,就能簡單掌握教學重點、課程流程及所需材料,直接放進既有的備課流程。

透過吸收教師的回饋,「EDU」 在競賽過程中持續調整,讓操作方式更貼近實際使用情境。最終作品在 3 名教師參與的初步測試中,於系統易用性方面獲得 82.5 分,反映受測教師對操作體驗的正面評價。

新北市政府青年局
圖說:劉子瑤、梁秭萁分享,未來也期待相同架構能延伸至其他科目,讓更多教學資源被帶進課堂。
圖/ 新北市政府青年局

把教育平權做成手機遊戲,讓青年找到參與方式

「TFT 為台灣而教」長期關注教育不平等,這次活動希望促進青年思考,如何讓高中生與大學生理解教育平權,並找到適合自己的參與方式。本次獲獎團隊「星築美少女」因此決定製作手機沉浸式遊戲《鐘響以前》,並將這些因素融入故事中。遊戲以一場為期 3 天的營隊為背景,玩家能在 15 至 30 分鐘內探索場景、與角色對話並蒐集線索。

遊玩過程中,玩家會發現一名叫做阿龍的孩子沒有出現在正式名單上;而阿龍未能參加營隊,背後牽涉交通、家庭照顧責任與行政程序等因素。玩家必須在有限的人力、時間與預算中作出選擇,透過安排阿龍的行程,切身理解教育不平等如何出現在孩子的日常生活中。

遊戲結束後,系統會依照過程中的選擇提供「行動者分類」,協助玩家了解自己適合投入陪伴、資訊整理或跨域解題,並附上 TFT 相關計畫與參與連結。在 67 名完成前後測的玩家中,認為自身專業難以對教育平權發揮作用的比例,由約 4 成降至約 2 成,顯示更多玩家在體驗後,看見參與教育平權的可能。

新北市政府青年局
圖說:星築美少女成員分享,自己曾在教育社會學課程中接觸相關議題,理解家庭、交通與經濟條件都可能影響一名孩子的求學歷程。
圖/ 新北市政府青年局

減塑求籤機走進飲料店,環保成為日常選擇

「海湧工作室」長期投入環境教育與廢棄物源頭減量,這次競賽希望讓民眾理解海洋廢棄物治理,並在日常生活中實際參與減塑。本次獲獎團隊「塑 per NOVA」從淨灘資料中注意到塑膠吸管造成的海洋廢棄物問題,也觀察到消費者即使知道減塑的重要,仍習慣於購買飲料時拿取塑膠吸管。

「塑 per NOVA」成員王姸儒、郭書睿,因此把實作場域選在手搖飲店,設計「減塑求籤機」。裝置設在消費者購買飲料的動線上,當消費者準備拿取吸管時,即提供可替代選項,讓減塑融入消費流程。

顧客投入 1 元後,可取得一支可自然分解的蒲草吸管,透過掃描 QR Code,可抽取線上環保籤詩。此求籤的趣味設計有效提升消費者嘗試意願,透過線上籤詩更進一步提供日常減塑方法介紹。

「塑 per NOVA」在 3 間飲料店測試兩週,累積約 150 次蒲草吸管取用。這段經驗讓他們直接觀察顧客如何操作裝置,也了解方案能否融入店家的營運流程,為後續拓展更多場域累積經驗。

新北市政府青年局
圖說:成員王姸儒、郭書睿設計「減塑求籤機」,讓減塑融入原本的消費過程。
圖/ 新北市政府青年局

前進新加坡,青年行動的下一步

獲得首獎的 3 組團隊,預計於 9 月底前往新加坡和南洋理工大學,與當地社會創新組織交流。團隊將延續這次實作累積的經驗,觀察新加坡如何回應相近議題,再思考哪些做法適合帶回台灣。

「EDU」希望了解新加坡如何支持非本科教師授課,以及當地社創組織有哪些能夠立即實踐的做法;「星築美少女」則將觀察教育政策的實際運作,及新加坡如何理解與推動教育平權。「塑 per NOVA」關注當地如何讓環保意識融入民眾生活,並希望從永續措施中找到減塑求籤機後續發展的方向。

頒獎典禮上,「星築美少女」成員王品然坦言:「一開始覺得社會影響力很遙遠,自己做不了什麼東西。」但參加完比賽後發現,踏出第一步就可能帶來改變,她說:「其實做一小步,你就可以改變一些東西。」

從起步時不知道該從何著手,到把方案帶進真實場域,3 組團隊在兩個月的實作中找到答案:青年不必等到有完整的解法才開始,只要先走近一個真實需求,並根據回饋持續調整,對社會的關心就能逐漸成為具體行動。

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