力抗新冠疫情!「數位分身」如何讓醫療應用再進一步?
力抗新冠疫情!「數位分身」如何讓醫療應用再進一步?

新冠病毒肆虐,全球許多機構開始思考以「數位分身」對抗疫情的解方。而在IoT逐漸成熟的未來,「數位分身」帶來虛擬與實體板塊的移動,也將為各產業領域帶來衝擊。

四月初,數位分身(Digital Twin)技術在疫情嚴重的倫敦派上了用場。英國的IoT系統商Iotics採用數位分身技術,結合來自各地醫院設備的IoT數據,建模出倫敦市內即時的緊急病床、維生系統等關鍵醫療資源的即時使用情況,以提供英國國民保健署(NHS)決策參照利用。

而雲端平台業者OnScale,則啟動了針對新冠肺炎的計畫Project BreathEasy,利用肺炎患者的多組核磁共振(CT)照片,重建出病人肺部的「數位分身」。藉由患者的肺部3D建模,醫生能用AI結合大量歷史數據,模擬肺部的氣流、血流等參數,預測此患者何時可能最需要呼吸器,並決定有限的呼吸器設備,應該先提供予哪一群患者。

數位分身
新冠肺炎的計畫Project BreathEasy,重建出肺炎患者肺部的「數位分身」
圖/ FC未來商務

上述兩組「數位分身」的案例,讓原本在智慧製造領域備受重視的技術,再次拉回主流科技的視野之中。

「數位分身」指的是利用裝設在實體物件(如建築鋼筋、醫療器材、機械引擎)中的許多物聯網IoT感測器,來進行此物件在數位空間的「建模」,並根據即時的數據資料,掌握偵測物件的使用位置、運作情況、零件老舊情形等,並希望藉此達到提早排除問題、降低營運成本等效益。

IoT與數位分身的差別在於,IoT所蒐集的數據讓設備可以被管理,「數位分身」則是一群技術的集合,強調讓IoT模組與實體之間的訊息對應(如位置、物理關係、故障時出現的異常訊號順序),甚至在數位平台上重現,以加強人類對真實物件(或場景)的整體了解。

近年來,物聯網技術成熟以及IoT佈署成本降低,讓數位分身的應用開始緩慢起飛。通用電氣子公司通用數位(GE Digital)的全球副總裁查德·斯托克(Chad Stoecker)表示,GE在2019年協助8,000組客戶資產(設備)引入了數位分身系統,並替客戶節省了1.87億美元(約新台幣56.2億元)的營運成本,這些設備包括飛機引擎,電廠渦輪,以及一般製造業流水線的包裝機等。

延伸閱讀:生產線上的雙胞胎客機,波音用數位分身改善設計、減少故障率

但查德也提出一項觀念,對製造業者來說,並非「所有設備」都該導入數位分身,因為一個廠區有非常多的子系統,更多非關鍵的設備,其實是照原樣使用「直到出錯」再修改,而非直接引進數位分身預測性地處理問題,這樣的做法有時才更有經濟效益。

另外,經濟學人的一篇文章,也提到數位分身在健康領域的應用。藉由載入IoT裝置,創造病人心臟的數位分身,醫生可以即時根據心臟的各種物理、電位與血流狀況,決定藥物與處方,並先得到這個「數位心臟」的數據回饋,AI和大數據(如不同心臟的歷史數據)則會強化建模的可靠度。

而荷蘭最大的港口鹿特丹港,則利用IBM Watson物聯網技術打造了一個數位分身的「虛擬港」,在碼頭設施、港口水域大幅度佈署感測器、感測浮標、IoT智慧貨櫃、「數位海豚」等,持續偵測潮差、濕度、海流和運輸狀況等。管理室對於港口狀況的全控,使惡劣海象下的船對船(Ship to Ship)貨物轉運成為可能,大幅降低了營運成本。

關於數位分身的未來,Research And Markets的預測顯示,在2025年89%的IoT設備都將含括某種數位分身的形式,而數位分身更將在2027年,成為IoT應用的標準功能與規格。

事實上,數位分身作為工業4.0虛實融合系統(Cyber Physical System,CPS)的一環,也就是在物理空間內的所有實體(如設備)狀態,都能在虛擬空間(如數位控制台)得到即時的一對一對照,而在虛擬空間中的操作,也能夠及時反饋到物理空間中,進而讓生產效率達到即時的最佳化。

由於數位分身技術是跨領域的工程學門,新的跨域職能需求也應運而身。根據Challenge Advisory,除了軟硬整合的IoT開發者,也會需要資料工程師、AI工程師、產品領域專家等職能共同投入。在虛實界線持續模糊、朝彼此擴張的未來,數位分身將持續扮演一席之地。

責任編輯:林芳如

本文授權轉載自:FC未來商務

FC未來商務,專注未來新商務應用、轉型思維與創新體驗,並結合沙龍分享、展會發表,協助產業找到面對未來的轉型關鍵解方,並連結創新資源。

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關鍵字: #物聯網
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導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?
導航不是愈高階愈好!桃園產官資源如何賦能互宇向量,讓複雜技術真正「用得起、用得上」?

當無人機、無人船失去衛星定位訊號,還能繼續完成任務嗎?這道問題不只考驗導航設備的精度,更牽涉不同技術如何搭配,才能兼顧成本、可靠性與實際部署需求。

要理解自主載具如何在衛星訊號中斷時持續導航,得先認識「慣性導航」。互宇向量執行長鍾宏彬拿棒球作比喻:投手把球投出去後,球沒有GPS或遙控器,仍會依照出手角度、力量與旋轉向前運動。慣性導航則透過感測加速度與旋轉變化,持續推算載具的姿態、速度與位置。不過,慣性導航的誤差會隨時間累積,衛星定位訊號一旦中斷,位置推算也可能逐漸偏移。因此,自主載具需要不同定位與感測技術相互配合。2022年成立的互宇向量,便從這項需求切入,協助客戶選擇適合的導航技術,並將系統整合到產品中。

先定義任務,再決定導航規格

「以終點當起點。」鍾宏彬如此形容互宇向量的產品開發原則。相較於先提供設備、再由客戶自行整合,互宇向量在開發初期便參與討論,了解客戶要完成什麼任務,再決定性能、材料、演算法與預算。這套方法稱為「前端部署」。

以無人機精準投送為例,客戶希望載具不只抵達指定區域,還能接近建築物完成投送。飛行距離、定位精度、是否有人遙控,以及衛星訊號中斷後需要自主運作多久,都會影響系統設計。互宇向量必須先釐清這些條件,再選擇感測元件、調整導航架構,而不是直接套用既有產品。

互宇向量的技術涵蓋光纖陀螺儀(FOG)、慣性量測單元(IMU)、姿態與航向參考系統(AHRS),以及GNSS/INS融合導航方案。團隊曾與產業夥伴在實際水域驗證無人船導航系統,也透過觀音山隧道測試,觀察衛星訊號中斷時的導航表現。

對客戶而言,驗證的重點在於系統能否在任務要求的時間內維持足夠精度。互宇向量也不一定選用最高規格的零組件,而是依照需求調整演算法、材料與系統配置,必要時整合其他供應商的技術,減少客戶自行開發、測試與整合的時間及成本。

從光纖陀螺到系統整合,互宇向量把技術推向可部署的產品

鍾宏彬2010年投入光纖陀螺核心技術研究,2016年共同創辦極星光電。當時核心元件的客戶多具備自行整合能力,應用市場相對有限。他逐漸意識到,若想讓技術接觸更多使用者,就不能只停留在零件,還得往感測模組與完整系統發展。2022年成立互宇向量後,鍾宏彬延續過去累積的技術,採取合作設計製造(JDM)模式,讓團隊從產品開發初期便參與設計與驗證。

他把這種服務形容為「高階料理包」:客戶不必自行採購所有原料、研究怎麼煮,而是由互宇向量協助整合適合的技術,完成產品部署。公司不走低價、拚量路線,而是選擇與少數具有長期需求的專業客戶深入合作。目前團隊服務約12家核心客戶,透過持續參與產品開發,累積技術與合作經驗。

航太市場考驗的不只是技術,還有供應鏈與驗證能力

航太是互宇向量積極拓展的市場。目前約四成業務聚焦航太應用;2023年,團隊也與國家太空中心(TASA)展開策略性合作,推進MIOC與FOG技術的太空應用。

航太產業尤其重視「飛行履歷」(Flight Heritage)。鍾宏彬打趣地說,普通杯子就是杯子,但如果真的上過太空,「它就變成太空杯」。設備即使通過完整的地面測試,仍不等於經歷過發射與太空環境。對國際航太客戶而言,實際飛行驗證是評估設備可靠性的重要依據。鍾宏彬回憶,團隊過去花了兩、三年尋找海外企業客戶,始終不得其門而入。後來有國際業者得知互宇向量與國家太空中心合作,反而主動找上門。這段經驗讓他體會到,進入航太供應鏈除了技術能力,還需要讓國際客戶看見合作經驗與可信度。

從中央大學到蘆竹,桃園產官資源如何成為互宇的產業支點?

互宇向量與桃園的淵源,早在公司成立前就已開始。鍾宏彬從中央大學求學、攻讀博士到投入研究,一路留在桃園;第一次創業落腳楊梅,互宇向量則從青埔搬到蘆竹,建立廠辦空間。他笑稱,自己就像桃園「生出來的baby」。

桃園及北部地區聚集電路板、電子製造與機械加工等供應商,具備成熟的產業基礎。不過,部分業者長期專注既有市場,未必想過自身技術還能延伸至無人載具與航太應用。鍾宏彬舉例,互宇向量曾與傳統機械加工業者合作,協助對方了解航太供應鏈的品質驗證與製造要求,探索跨入新市場的可能。對這些業者而言,挑戰未必是技術能力不足,而是過去缺乏接觸航太應用的機會,不熟悉相關規格與驗證流程。

創業過程中,互宇向量也持續接觸桃園市政府青年事務局及相關局處、育成體系,參與創業交流與產業展會。鍾宏彬看重的是這些場合能讓團隊認識不同領域企業,拓展未來合作的可能。包括Meet桃園+在內的創業輔導與產業交流平台,也為在地新創提供接觸產業資源的機會。

從光纖陀螺核心元件走向完整導航系統,再延伸至航太合作與海外市場,互宇向量逐步建立從任務規劃、技術整合到系統驗證的能力。接下來,如何運用桃園既有的電子製造與精密加工基礎,找到更多能共同開發產品的夥伴,將是團隊拓展國際市場的重要課題。

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