感測技術全力加持 汽車/工業/醫療應用添新意
根據工研院IEK指出，就應用別觀察，感測器在通訊與消費電子應用占最大宗，2015年相關應用感測器產值達132億美元(應用占比55%)。除比重最大之智慧型手機應用，還包括消費平板電腦、遊戲機、穿戴裝置。
伴隨自駕車、工業4.0、智慧醫療風潮興起，帶動感測器快速成長，2015年比重分別為汽車14%、工業9%、醫療應用8.7%(圖1)，位居二、三、四大應用。而2015∼2020年產值複合年均增長率(CAGR)則分別為汽車10.3%、工業13.2%、醫療應用13.7%。
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| 圖1 汽車、工業、醫療三大應用感測器展現強勁動能 資料來源：工研院IEK
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相較於消費性電子一直以來對感測器的穩定需求，這三大異軍突起的新興感測市場，因須涉及廣泛的跨領域知識，近年來成為元件商與應用、設備商，聯手打群架的重要標的。
四大工業流程感測需求各不同
與汽車市場屬單一應用不同，工業應用是個相對破碎而零散的市場，更由於每個製造產業的屬性不同，解決方案也各自不同。根據工研院IEK指出，雖然產業屬性不同，不過大部分的工廠都包含了機台加工、組裝、檢測、物流四項流程，而每個流程中，皆有對感測技術的不同需要。
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| 圖2 工研院零組件研究部產業分析師謝孟玹表示，結合了多種感測器的工業穿戴眼鏡如何導入工廠，是近年來的熱門話題。 |
工研院零組件研究部產業分析師謝孟玹(圖2)表示，這四項流程，將各自衍生對感測器的需求，像是在機台加工，目前最熱門的議題是在設備診斷，加速度計可以協助判斷有無異常的震動，而溫度感測器則可以用來判斷溫差有無異常，或是機台變得過熱的狀況，再來則是噪音，像是齒輪磨損的聲音是否過大，即是MEMS麥克風可以發揮的功能。
在組裝的部分，感測器應用比較明顯的系統是機械手臂，以往機械手臂只用來搬東西，往後若要能夠組裝，就必須要有加速度計做到抓取，以及陀螺儀來做到旋轉的功能，甚至如果要機器人鎖螺絲，還需要扭力感測器(Torque Sensor)。
謝孟玹進一步表示，在檢測的部分，光學感測器目前已被廣泛用於半導體、面板、電路板產業，可協助找出人眼所找不出的封裝產品缺陷。近期較新的案例，是穿戴眼鏡進入工廠，該裝置中結合了三種感測器，麥克風、加速度計、3D視覺，將可透過偵測機台熱變異的過程，來判斷零件有無故障的徵兆。
不僅如此，現有廠商正在討論，讓未來巡檢的過程也越來越智慧化，以往巡檢人員須至機房進行抄表，再進行相關核對，若能透過穿戴眼鏡做虛實整合，人力成本便可以降低許多，其中影像感測的技術便很重要。而在物流的部分，則像是無人搬運車中，有使用到紅外線或磁力計來自動偵測方向。
台灣羅姆設計中心副所長林志昇則表示，在設備自動控制的應用設計中，感測技術是自動控制系統的耳目。環境監測型的感測技術，有助於搜集周遭環境的變化而調整或改變系統的運作。例如在智慧建築的照明應用，由照度或RGB監測器來針對早晚的自然光源的強弱不同，來調整照明的強弱。也可以針對作息習慣來調整不同室內的室內光源及液晶螢幕等的顯示色彩飽和度。
而例如溫濕度感測器可監測並調整空調運作，可偵測熱點的紅外線感測器，或偵測影像的CMOS感測器，則可針對人的移動等來控制空調的強弱及方向等。有效整合的自動化控制系統，將發展成智慧型的控制應用，而監測技術將在其中扮演重要角色。
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| 圖3 Maxim亞太區執行總監丁寶明表示，有別於過往提供單一零組件，Maxim的整合(Integrated)解決方案，希望為客戶的設計創新提供良好基礎。 |
由於每個製造產業的屬性不同，自動化程度也不同，因此在感測器的運用上，客製化將是必然趨勢。供應商必須和客戶保持非常密切的合作關係，知道他們主要的產品是什麼，並分析該如何將他們的需求、應用整合到系統中，再進而產生解決方案。也因此工業應用的附加價值往往相當高，較不容易流於規模競爭。
Maxim亞太區執行總監丁寶明(圖3)表示，在近期剛結束的西班牙Electronic Show展中，作為零組件供應商的Maxim展出了，與電力和自動化技術廠商ABB，共同合作開發的足球製造工廠機器，獲得非常大的迴響，一個足球要從軟的狀態，到充氣、量圓的半徑、壓力、外表的噴漆等，此次展出可以明顯看到在機具控制上，我們做的程度。
丁寶明進一步分析，其中，感測技術占據了此機器相當多的環節，並且由於製程緊迫，感測速度必須非常快。像是在充氣時，就得感測出壓力要充到多少位置，或者量測足球做出來是不是夠圓，能不能符合相關規定。在各種嚴密的控制之下，此一機器所做出來的足球，已通過世界足球總會(FIFA)的認證。
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| 圖4 Maxim台灣技術應用總監黃大峯表示，PLC廠商，對溫度感測器、距離感測及控制有明顯需求。 |
Maxim台灣技術應用總監黃大峯(圖4)表示，在工業控制這一部份，Maxim有提供許多IO-Link的感測器節點產品。像是在與Rockwell合作的案例中，是以可程式化邏輯控制器(PLC)為主，因此這類工業控制製造設備需要的感測器，像是溫度感測器、距離控制，其是以類比轉數位(A-To-D)和數位轉類比(D-To-A)訊號轉換技術的方式來呈現。
談到機械手臂在工業應用的感測技術，黃大峯表示，機械手臂是該公司一直很希望能發展的領域，手臂的前端設備雖然不是由Maxim提供，但在後端訊號轉換的部分，正是我們的強項。像是在動作偵測的馬達感測(Motor Sensor)、馬達驅動(Motor Driver)、紅外線感測(IR Sensor)等，Maxim都有相關的I/O控制元件，另外，若回到電源管理的部分，Maxim也有相關解決方案。
注入大量資源 汽車感測技術較勁味濃
注入大量資源 汽車感測技術較勁味濃
然而，車用感測器是近年成長比率第二大的市場。隨著汽車電動化的趨勢，電子零件相較於傳統機械零件的採用比例，呈現飛快的成長速度，不過由於汽車技術的門檻頗高，讓越來越多廠商，紛紛投入大量資源，用於強化自身汽車電子產品線，像是恩智浦(NXP)、英飛凌(Infineon)、亞德諾(ADI)、瑞薩(Renesas)等。舉例而言，亞德諾半導體近期透過收購Vescent Photonics的固態雷射波束轉向技術，進一步增強整合光達(LIDAR)系統的性能，以克服目前龐大的機械式產品在可靠性、尺寸和成本等方面的諸多重大缺陷。
攝影機、毫米波雷達(RADAR)和光達等一系列感測器技術，為ADAS系統，提供了前向防撞預警、盲點監測、行人檢測和自動駕駛等功能。攝影機主要用於目標識別，而毫米波雷達系統採用射頻電磁波測距、光達則採用雷射波束測距。透過掃描式光達系統，可檢測道路上或附近的目標，並可覆蓋毫米波雷達系統和攝影機的盲點區域。
敏感元件幫大忙 醫療應用走向人本化
成長潛力位居第三的醫療智慧應用，因需求種類多樣，應用呈現多元面貌，所採用的感測器也遍及各種技術，像是紫外線感測器、量測心律、血氧的光學感測器、量PH值的溼度感測器、做睡眠偵測的壓電感測器等。
工研院日前於美國榮獲2016全球百大科技研發獎(R&D Awards)的行動輔助機器(圖5)，以穿戴式外骨骼機器人的設計，協助傷友重獲站立、坐下、平路行走、上下樓梯與斜坡的能力。其中，以人為本的研發理念，是得獎的關鍵因素之一，而能實現這樣的理念，感測機制的建立，功不可沒。
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| 圖5 行動輔助機器人的避免受傷機制，與感測技術息息相關。 |
在此一行動輔助機器人的使用中，必須先感測到人的重心往前，判斷人有向前走的意圖，機器才會行走，一旦在行走中，感測到重心往後或重心太過前傾，也就是可能有跌倒的徵兆時，機器便會停止。工研院智慧機械科技中心智慧製造技術組組長羅佐良表示，行動輔助機器人安裝了多顆感測器，用以偵測使用者的全身狀態，因而能做到如此的判斷。
不過由於醫學的開發門檻也很高，目前較為主流的應用尚未出現。為使醫療智慧應用有更蓬勃的發展，Maxim日前所推出的hSensor平台，可望縮短工程師用感測器建構客製化電路板的時間。該平台同時也運用韌體原始碼，允許設計者裝載不同案例的演算法，以適應其特定應用。
此一hSensor平台可用於開發健康、保健及高端健身應用，例如心跳帶、心電圖計、腕帶裝置、體溫計、可拋棄式溫度貼、血氧測量器、智慧體重計、生物識別等。舉例來說，工程師可通過單個CR2032電池供電，設計出一種可穿戴貼片，用以持續紀錄心電圖，其使用壽命是目前方案的兩倍，可節省超過50%的電量。
