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Bosch Sensortec,智能可穿戴设备如何触碰未来

2022-10-18 17:27:52 谢宇恒 阅读:
近些年来,随着元宇宙概念的兴起以及人工智能的发展智能可穿戴设备越来越受到人们的关注,无论是作为元宇宙端口的VR设备,还是日常人们穿戴的智能手表、智能眼镜、TWS耳机等,越来越多的厂商开始关注可穿戴设备的市场。

近些年来,随着元宇宙概念的兴起以及人工智能的发展智能可穿戴设备越来越受到人们的关注,无论是作为元宇宙端口的VR设备,还是日常人们穿戴的智能手表、智能眼镜、TWS耳机等,越来越多的厂商开始关注可穿戴设备的市场。4sbednc

根据IDC《中国可穿戴设备市场季度跟踪报告,2021年第四季度》,2021年第四季度中国可穿戴设备市场出货量为3,753万台,同比增长23.9%。2021年中国可穿戴市场出货量近1.4亿台,同比增长25.4%。预计2022年,中国可穿戴市场出货量超过1.6亿台,同比增长18.5%。4sbednc

日趋扩大的市场,也就意味着更多更好的技术的出现。从前的可穿戴设备一般只具有单一的功能,以手表为例,最初的手表只是设计用来看时间,后来在随着制造工艺的提升,从机械表石英表到电子表断断续续的增加了计时、闹钟、日相、月相等功能,一直到智能手表的出现,又拓展了消息提醒、导航、身体数据监测、看天气等多种多样的功能。4sbednc

可穿戴设备目前在我们的生活中运用广泛,且已经发展到相当高的阶段,但是距离真正的实现所谓的智能可穿戴设备还需要进一步的发展,其主要的发展方向可以概括为轻量化和智能化两个方面。4sbednc

智能可穿戴设备正在兴起,面向未来的发展,它的技术难点在哪?其未来发展的核心方向是什么?欢迎大家参加2022年11月10-11日"IICShenzhen-2022国际集成电路展览会暨研讨会"同期举办的“全球CEO峰会”,彼时Bosch Sensortec的CEO Dr. Stefan Finkbeiner也将出席活动,深度解读行业现状,共同探讨分析未来趋势。点击这里即可报名参加。4sbednc

MEMS传感器实现轻量化设计

智能可穿戴设备一般由各类芯片、传感器、电池、功率器件等元器件组成,作为可穿戴设备注定了其体积和质量不可以过大,否则会严重影响其便携性。所以为了实现更好的交互和更广泛的功能,在把更多的传感器的基础上,进一步减轻设备的体积重量是其发展的一个重要方向。4sbednc

MEMS传感器即微机电系统(Microelectro Mechanical Systems),是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。以其体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点被广泛应用于各种智能可穿戴设备。它的出现大大的降低了可穿戴设备的尺寸和重量,并且其微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。4sbednc

我们以步数检测为例,早期的步数检测是通过计步器实现的,其功能实现的核心是一个游丝摆锤机械式传感器,人在走动时身体发生晃动,平衡锤就在上下振动时平衡被破坏,使触点能出现通/断动作,由电子计数器记录并显示就完成了主要功能。4sbednc

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图片来源:陕西科技传媒4sbednc

这样的机械结构传感器,不仅体积大功能单一,检测的准确性也并不高,而MEMS传感器则完全不同。例如Bosch加速度传感器BMA456,其内置计步器和运动识别功能,不仅能够计算出步数,还可以判断用户是处于跑步或者静止状态,且封装仅为2mm x 2mm x 0.65 mm,分辨率在±2g范围内为0.06mg。不但体积小重量轻,检测准确性也远远超过传统的传感器。4sbednc

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图片来源:Bosch官网4sbednc

不光是用于运动检测的加速度传感器,包括压力传感器、微陀螺仪、温度传感器、气体传感器、磁力传感器等MEMS传感器都被广泛运用在智能可穿戴设备上,可以说MEMS传感器就是智能可穿戴设备功能和便携性实现的核心。4sbednc

EAI为智能化赋能

谈完了发展轻量化的核心,我们就一起再来谈谈另一个核心“智能化”。智能化是以AI为核心进行驱动的,AI的好处想必不需要多说,虽说以目前的技术水平来说距离实现强人工智能还有一定的距离,但是使用AI辅助智能可穿戴设备扩展其设备功能、加强人机交互体验、协助电源管理等已经被广泛的应用。4sbednc

AI的三个核心要素是:算法、算力和数据,如果设备上支持的AI功能都单独维护一套算法、算力和数据,那么设备要实现AI功能就需要海量的样本数据和高性能的计算能力,这不但会影响设备运行速度,也会大幅增加设备的尺寸重量违背了轻量化的要求。4sbednc

这时候就要用到另一个利器,嵌入式AI,又称为EAI(Embedded Artificial Intelligence),是一个内置在网络设备中的AI功能通用框架系统,为网络设备上基于AI算法的功能提供公共的模型管理、数据获取和预处理功能,并且支持将推理结果发送给基于AI算法的功能。不仅能够充分利用设备的样本数据和计算能力,而且具有降低数据传送成本、保证数据安全以及保证推理决策的实时性等优点。4sbednc

我们以在运动健身领域大放光彩的智能传感器BHI260AP为例,Bosch Sensortec将AI传感器集成在智能手表中,通过自学习功能认识用户的每一个动作,以便后续更好地记录和追踪,并为其提供定制化服务。BHI260AP包含多种软件功能,具有一个32位客户可进行编程的微控制器和一个6轴IMU。4sbednc

“我们事先在智能手表中植入一些AI算法,它可以识别用户的动作如开合跳、举哑铃等。运动种类的可扩展性也是我们关注的重点,该传感器支持用户自定义动作,就像视频中用户在器械上做了几组滑雪动作后,智能手表中可以记住这个动作,并将它保存起来,这样用户下一次再做同样动作的时候,智能手表可以识别出这是滑雪动作。” Bosch Sensortec对于该传感器应用于运动追踪案例进行了详细解释。4sbednc

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图片来源:Bosch官网4sbednc

可见采用EAI技术可以极大的推动可穿戴设备的智能化,使其功能更加完善,开拓出更广泛的应用场景。与此同时,前文也提及到MEMS传感器可以实现普通传感器所不能实现的功能,其中就包括AI,尤其是边缘AI在传感器里面的应用,例如对姿势的训练识别和个性化定制服务等。MEMS传感器和EAI是智能可穿戴设备面向未来轻量化和智能化发展的两个核心推动力,其作用相辅相成,极大的加快了智能可穿戴设备的发展速度。4sbednc

说到这一点就不得不再次提及Bosch Sensortec了,作为MEMS传感器领域的领先厂商,从对于高性能、小尺寸、低功耗等方面极致体验的追求到利用人工智能赋能传感解决方案,博世传感器的智能化道路一次又一次的突破。Bosch Sensortec拥有先进的产品组合,包括运动传感器、环境传感器、智能传感器和光学传感器,广泛应用于各种可穿戴设备,尤其是在运动传感器领域,它始终处于遥遥领先地位。4sbednc

可以说Bosch Sensortec在智能可穿戴设备领域占据了半壁江山,其发展布局也预示着行业未来的发展方向,今年六月的CIOE中国光博会线上微课堂活动中Bosch Sensortec中国区市场及业务拓展总监刘天牧就以消费电子端具体创新应用,介绍了AI赋能传感器的神奇力量。由此可见智能可穿戴设备要面向未来,轻量化和智能化使其最重要的目标,MEMS传感器是承载其功能的平台,AI则是推动其快速发展的助推器。4sbednc

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谢宇恒
原机加工行业工程师,现Aspencore编辑,专注电子,关注未来。
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