人工智慧助陣,商用無人機一鍵起飛!
人工智慧助陣,商用無人機一鍵起飛!

無人機已經不再是遙控玩具,有了人工智慧技術,自動駕駛無人機成為可能,商業應用的潛力開始嶄露頭角。

圖說明
圖片提供/Amazon

一年前,中國搖滾歌手汪峰向影后章子怡求婚,這個消息原本就極具震撼力,但更令人驚豔的是:求婚時從空中飄來的婚戒,因為是由無人機載送,連帶讓無人機瞬間爆紅。

一年後的今天,無人機發展漸往人工智慧靠攏,這股旋風只增不減,此起彼落在全球各國上演。2016年美國消費電子展CES上,無人機展區格外引起媒體和業界關注,來自中國的億航展示了全球第一款能載人的自動駕駛四軸飛行器「億航184」原型,能載重100公斤,容納一位乘客,有八支螺旋槳及四支機臂,就像是小型直升機,不僅用純電力驅動,一鍵就能起飛,兩小時就能充滿電力,可以在海平面高度飛行23分鐘。這趟飛行,從此改寫了無人機歷史。

億航184的確吸睛,也引起極大爭議,質疑聲浪不少。即使這僅是原型機,還不確定是否能量產以及載人,億航的展示卻也揭示了微型多軸飛行器(常稱無人機)廠商對於自動駕駛技術趨之若鶩的態勢。事實上,自動駕駛無人機其實不是新科技,但卻是人工智慧在無人機領域的重大發展突破。在此之前,無人機的高階應用局限於軍方,2000年美國使用無人機作戰就是一個經典的例子。

圖說明
圖說:美國軍用無人機

無人機得以快速發展的關鍵是:2005年應用微機電系統的慣性導航系統(MEMS-INS)技術趨於成熟,飛控系統才開始運用在玩具般大小的微型多軸無人機上。根據FAA估計,2015年美國無人機的銷售量成長迅速,已經達到160萬台,有一半都在最近三個月賣出,但市面上的無人機產品,大多還是遙控無人機。

要讓無人機在非設定的路線自動駕駛飛行,成為真正的「空中機器人」,首先必須讓無人機具有環境辨識能力,所以「電腦視覺」的發展極為重要。自從2015年開始,陸續有無人機廠商從電腦視覺的辨識科技切入,並推出自動追蹤、自動跟隨功能。

例如:無人機領導廠商大疆率先展示自動追蹤航拍功能的AirDog;3D Robotics發布的智慧無人機Solo,提供四種自拍模式,包括自訂航線、中心點環繞模式、廣角高空自拍模式、跟隨模式;此外,Parrot推出的Parrot Bebop Drone,能在空中做高畫質攝影和影片錄影,並可支援虛擬實境頭盔Oculus Rift。

2015年大疆在全球商用無人機市場中拿下70%市占率,另外三大品牌則為Parrot、3D Robotics和AscTec。大疆和Parrot已是投入無人機領域超過十年的公司,而其他兩者則是新創公司,這四大廠商都開始投入人工智慧技術應用,雖然目前真正的人工智慧無人機仍屬少數,但具有極大的潛力。例如,大疆在今年剛發布的Phantom 3和Inspire 1兩款無人機除了跟隨和追蹤物體,還推出完成客製化任務、當電池快用盡時會自動飛回家等等功能。

無人機雖然已經邁入商用階段,不過迴避障礙物的技術仍待突破。此外,如何借重人工智慧讓飛行達到自主學習,適應環境,並自主決定最佳化的飛行路線,甚至與其他無人機一起飛行而不至於撞在一起,達到真正具有人工智慧能力的「空中機器人」,是未來讓人引頸期待的研究。

人工智慧助長無人機商用

過去無人機只能做到單點到單點的飛行,面對複雜的環境,無法辨識物體並自動閃避,但是2016年的技術突破,讓無人機可以自動迴避障礙物。有了人工智慧技術,除了娛樂航拍之外,無人機可以更廣泛地應用在農藥投放、救災勘查和補給、物流配送等領域。被Parrot收購的無人機公司Sensefly,就鎖定農業和救災推出eXom,能自動偵測環境,自動飛行及避開障礙物;AscTec也研發出自動駕駛系統,可以自動繞過障礙穿過森林。

此外,英國倫敦帝國學院、BuroHappold Engineering和戴森花四年研究,推出世界上第一款3D列印無人機,整合自動駕駛無人機、小型3D列印和人工智慧裡的群體智慧(Swarm Intelligence)三種科技,可以讓一群無人機透過掃描和模擬現場景觀,並用建築資訊模型系統印出現場景象,協助救難隊前進危險的災難現場。

最熱門的商業應用,不外乎無人機送貨服務,Google、沃爾瑪以及物流巨頭UPS、FedEx都積極布局無人機送貨。Amazon在1月首次公布Prime Air送貨無人機原型機,搭載感測與迴避技術,可以自動避開空中和地面的障礙物,能辨識目的地位置、尋找著陸的地點,展現其商用化的能力。

圖說明
圖說:亞馬遜首次開發的無人送貨機Prime Air

總的來說,人工智慧技術展現無限可能,至於未來結合人工智慧的無人機會是什麼樣子?從大疆發布Phantom X概念影片也許可窺見一些跡象,包括近距閃避、多部無人機追蹤自拍、貼身定點自拍、用體感操控空中塗鴉、同時監控四部無人機畫面、拋機放飛等等,看起來其實很瘋狂,但未來無人機若能應用在更專業的領域,才能真正對人類生活有所助益。

為什麼無人機值得期待?

無人機走出遙控玩具單一想像,有了人工智慧技術,將能實際應用在各種專業領域中,甚至還能結合3D列印、虛擬實境等等新科技,想像無限。

發展現況:無人機廠商發展出自動追蹤攝影、拍照等各式各樣應用,也開始出現自動駕駛技術。
技術突破:電腦視覺、深度學習、機器學習、群體智慧、慣性導航系統、自動迴避技術
領先者:大疆創新/Phantom 3和Inspire 1、Parrot/AR.Drone、3D Robotics/SOLO、AscTec/Firefly(2月剛被Intel收購)
應用領域:生活娛樂、航拍、農業、災難、極限運動、商務應用、物流、電力巡檢

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突破摩爾定律極限!台灣奈微光用矽光子技術打造「會聞的晶片」,開創感測新藍海
突破摩爾定律極限!台灣奈微光用矽光子技術打造「會聞的晶片」,開創感測新藍海

在後摩爾定律時代,台灣奈微光不僅是開發出一款新晶片,更在於證明了創新不必只沿著摩爾定律持續追求製程極限,採取橫向發展同樣能找到市場著力點,台灣奈微光正運用 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)製程,打造出全球少見、能「嗅聞」世界的感測平台,這場從臺大實驗室技術啟程的冒險,正讓臺灣半導體產業看見另一條通往未來的道路。

跨足大健康與車用,奈微光用矽光子打造感測新藍圖

台灣奈微光所研發的矽光子感測晶片樣品,針對多波段應用所設計的多樣化解決方案。
台灣奈微光所研發的矽光子感測晶片樣品,針對多波段應用所設計的多樣化解決方案。
圖/ 數位時代

正當全球半導體產業競相投入奈米級製程競賽,追求更小、更快的晶片時,台灣奈微光卻選擇了一條截然不同的道路。「我們的核心技術就在於光子 IC 設計。」台灣奈微光董事邱俊榮說明,他們所做的是「光的晶片」,與傳統專注於電子電路的 IC 完全不同。

長久以來,市場上若要製造中長波紅外光的光源,普遍會採用化合物半導體。然而,化合物半導體不僅成本高、良率較低,且在光譜調控上存在不少挑戰,台灣奈微光則突破性地利用 CMOS製程,直接從矽基底打造出中長波紅外光光源,顛覆了以往的作法。

邱俊榮強調,這都要歸功於臺灣半導體 CMOS 製程的高度成熟與優異良率,讓台灣奈微光能在成本上取得絕對競爭力,打破中長波紅外光技術高昂的門檻。「我們是透過 CMOS的半導體製程設備,把晶片延伸到矽光子光源與矽光子感測器。」他指出,「這就是台灣奈微光最核心的差異化。」台灣奈微光的矽光子技術,也催生出最具顛覆性的應用──微量氣體的連續偵測。傳統上,偵測微量氣體多依賴大型設備,或是藉由薄膜與電化學感測器,體積龐大、造價不菲,且難以持續監測,必須等待薄膜變化才能得到數據,台灣奈微光則運用中長波紅外光,透過氣體吸收特定波長時產生的能量變化,實現即時且連續的濃度偵測。

在應用面,台灣奈微光鎖定「大健康」與「汽車」兩大領域:希望未來能將這項技術導入智慧衣等穿戴裝置,持續監控呼吸與體內氣體變化,也可應用於電動車市場,偵測鋰電池異常釋放的氣體,為車輛安全嚴格把關。

挑戰摩爾定律侷限橫向創新,打開感測市場新局

台灣奈微光持續以矽光子技術挑戰摩爾定律的侷限,開創感測市場新局,展現臺灣半導體橫向創新的實力與決心。
台灣奈微光持續以矽光子技術挑戰摩爾定律的侷限,開創感測市場新局,展現臺灣半導體橫向創新的實力與決心。
圖/ 數位時代

這項突破性的感測能力,也展現出台灣奈微光對半導體產業發展脈絡的深刻洞察,傳統的半導體產業長期依循摩爾定律,追求單位面積內電晶體數量的極大化,也就是線寬持續縮小、功能不斷堆疊,屬於典型的「縱深式」發展,然而,隨著製程推進至1奈米世代,單台曝光機設備高達4億美元,資本支出急遽膨脹,物理極限與成本效益成為產業面臨的重大挑戰。

台灣奈微光選擇另闢蹊徑,他們將半導體製程的應用「橫向」擴展。邱俊榮指出,即便在傳統 IC 領域中,微米級製程線寬早已鮮少被提及,但在感測器等應用領域依然蘊藏廣大潛力,台灣奈微光正是運用這些「尚未被徹底開發」的微米級製程,結合自家的矽光子技術,開發出光源與感測器晶片,創造全新的應用價值,這意味著,臺灣半導體產業不只在奈米級製程領域具備領先地位,還能進一步將既有資產延伸至更多元的應用場景,而不必一味追逐最先進的製程節點。

「我們不是照著摩爾定律的方向往下挖掘,而是打開另一種可能,只要做一些物理上的調整,就能產生中長波的光源,還能偵測中長波紅外光,甚至在同一顆晶片上就可同時偵測到紫外光。」邱俊榮強調,這正是對半導體生命週期的延伸。他也提到,台灣奈微光的目標並非爭奪市場,而是藉由技術替換,協助既有產品升級、實現價值加值(value-add)。

不過,若要讓這項劃時代的光感測技術真正落地並普及至廣大市場,仍需面對商業化與規模量產的多重挑戰。為了推動晶片功能從單一走向多元,並提升其多波段的精確調控能力,台灣奈微光申請了經濟部產業發展署所推動的「驅動國內 IC 設計業者先進發展補助計畫」(簡稱晶創IC補助計畫),期望加速技術成熟與市場部署。

AI時代新戰局,台灣奈微光技術應用的無限可能

此計畫的核心目標,是讓單一晶片實現「多波段(multi-band)有效控制的微分辨識」。過去,台灣奈微光所開發的晶片多以單一功能為主,而透過晶創 IC 補助計畫的資源,將協助他們推進晶片功能的多元化。

這項技術的挑戰,在於如何精準控制多個光譜的發射。邱俊榮形容,以前的設計就像一次將所有光譜全部釋放,現在則能做到「要A動、BC不動」或「C動、AB不動」等更細膩的調控,要達成這種「誰要動、誰不動」的精準控制,必須增添新的光罩設計與更複雜的驅動機制,雖然這意味著更高的開發成本,但能顯著簡化後端機構,加速產品量產與推向市場的進程。

台灣奈微光預計在2026年6月前完成這項技術開發進入投片階段。儘管從投片到實際市場落地仍需時間,但他們已開始與紡織、電動車鋰電池、半導體廠房氣體偵測等產業客戶溝通布局,力求縮短市場開發週期。同時,在迎接AI的時代,數據品質與廣度更是關鍵。邱俊榮認為,台灣奈微光的矽光子感測技術,能為AI提供更精確、即時與連續的數據。透過晶片同時測量多種身體參數並實現每秒連續偵測,將提供豐富且精準的「身體密碼」數據,不僅能協助AI進行更深入的演算找出過去未能捕捉的變化規律,更將賦能AI在大健康等領域做出巨大貢獻。

目前,台灣奈微光正積極與半導體廠房氣體偵測廠商、大健康品牌客戶及跨產業夥伴合作。展望未來,台灣奈微光不僅要透過晶創IC補助計畫將晶片功能多元化,更將持續深化技術,證明台灣半導體產業不只在極限製程上領先,更能橫向開拓無限的市場潛力,為全球帶來前所未有的感測應用突破。

|企業小檔案|
● 企業名稱:台灣奈微光
● 董事長:張坤昱
● 核心技術:CMOS製程的先進矽光子光源晶片模組與感測晶片模組
● 資本額:新臺幣4.5億元

|驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫簡介|
在行政院「晶片驅動臺灣產業創新方案」政策架構下,經濟部產業發展署透過推動「驅動國內IC設計業者先進發展補助計畫」,以實質政策補助,引導業者往AI、高效能運算、車用或新興應用等高值化領域之「16奈米以下先進製程」或「具國際高度信任之優勢、特殊領域」布局,以避開中國大陸在成熟製程之低價競爭,並提升我國IC設計產業價值與國際競爭力。

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