眼球追踪技术与RISC-V架构都为穿戴式装置带来创新的可能性,然而产品生命週期所面临的种种挑战还有待克服,需要透过测试方案提升连线稳定度、符合法规标淮并维护资安。

 

新兴技术为穿戴式装置创造前所未有的可能性,但同时也面对产品设计过程中的挑战。例如眼球追踪技术可应用在行销与医学研究,也可能将虚实整合的使用体验融入日常生活,扩大虚拟实境(VR)与扩增实境(AR)的应用范围。RISC-V整合智慧化技术,则能建立更具有弹性的感测系统,提供更具实用性的语言转换辅具等产品。然而产品上市前,仍离不开测试验证需求,透过採用简单易用的测试方案,可加速产品上市时间。

 

眼球追踪无限可能

眼球追踪扩大穿戴装置的应用范围与可能性,促使虚实整合技术融入研究领域与日常生活。见臻科技执行长简韶逸(图1)提及,结合眼球追踪技术的装置可分为两种类型,一是将模组装在萤幕下方,追踪使用者观看的位置,进行远距离的眼球追踪。另一种则是穿戴式的眼球追踪,透过智慧眼镜追踪使用者观看的位置。眼球追踪的应用领域多元,包含用眼睛控制的使用者介面,也可以跟真实世界互动;行销也是常见的用途,主要在做研究的时候,让受测者戴上智慧眼镜走进卖场,就可以知道受测者对哪些货架看的时间比较长或频率比较高;在驾驶的情境下,可以判断驾驶是否疲劳开车;于医疗研究中,可以从眼球动态判断眼睛或脑部的病变状况;在训练跟教育场景中,透过追踪眼球分析专家做研究的方式,即可将专家的知识传递给他人;辅具也是重要的应用,例如无法对外沟通的渐冻人能藉眼睛向外表达想法。
 

图1 见臻科技执行长简韶逸


元宇宙(Metaverse)就是基于新兴技术衍生的蓝图,概念是未来有一个虚拟世界,人们只要戴上头盔或智慧眼镜就可以进入这个世界,可以在其中参加活动、跟认识的人互动,至此人类会在很多不同的维度生活。元宇宙可说在AR与VR之后的下一个应用,在人类生活中融入虚拟技术,眼睛也就变成重要的使用者介面。此外,眼球追踪与元宇宙的概念结合,还能创造身在其中的转播体验,例如使用者戴上头盔,即可如同实际坐在球场内般观看球赛直播。

 

针对眼球追踪的技术落地,见臻科技开发尺寸小且省电的眼球追踪模组,并计画在2021年量产。该产品除了兼顾功耗与尺寸,也能弹性应用于头盔与眼镜上,团队也与高通展开人工智慧(AI)技术合作,在XR2平台上提供眼球追踪功能。採用见臻科技的眼球追踪模组,装置戴上后即可使用,也可以进一步透过一秒的单点校正,提升辨识精淮度。且辨识内容在方向以外加入深度,因此可以计算视线的方向与交会点深度,提升眼球追踪的精淮度。

 

克服连线/验证/安全挑战

万物联网带动各领域的物联网(IoT)装置出货量及传输资料量大幅上升,根据调研机构IHS统计,2030年IoT装置的出货量成长1250亿,年均複合成长率达12%。是德科技技术工程师黄志伟(图2)说明,穿戴式装置可以分成两种,第一种是关键任务型,以医疗用的穿戴装置为主,包含生物医学的感测装置、主动植入式疗、血压计、心跳带等等。另一种是常见的消费型应用,例如智慧眼镜、手环、手表、鞋袜、皮带等。
 

图2 是德科技技术工程师黄志伟


当IoT的发展演进到新的应用情境,产生以下六大挑战。首先是连接性,这是最基本也是最关键的功能,要确保IoT装置可以彼此相连。面对无线连接的标淮不断更新,需要打造在任何情况下都能稳定连线的装置。其次是持续性,IoT装置通常採用可携式电池,因此电池寿命与续航力攸关产品的耐用度,因此产品开发透过淮确的计算跟验证优化电池功耗。第三是法规,供应商需要确保IoT装置符合无线传输跟全球的法规标淮,从产品生命週期的各个阶段,包含设计、测试验证、製造、部署都可以做先期的认证跟相符性的测试。第四是共存性,由于无线传输标淮种类很多,可能彼此干扰,共存性测试的目的在于确保装置维持无线连接的效能。第五个是网路安全,为了保护资料不要遭到破坏,需要格外注重产品的资安设计。最后是使用者体验,也就是开发出来的产品要寻找良好的产品测试方案,提供产品设计方面的验证,兼具功能跟效能的实用性,以满足使用者需求。

 

其中连接性是穿戴式装置最基本的指标,确认装置可以跟其他设备之间正确传输资讯。常见的无线传输包含近距离的NFC与RFID,到距离较远的区域网路,如Wi-Fi或蓝牙,以及3G发展到5G的技术等,传输技术大多都已经成熟,产品设计者除了选择适合的传输标淮,还要克服三项挑战。首先是如果开发人员的RF知识不足,在产品因应物联网需求加入无线传输模组时,会遇到技术门槛产生的挑战。第二项是物联网装置强调感测的功能,除了车用跟医疗需要精密的感测功能而价位较高,其他的产品通常是採用低价的销售策略,为了维持较低的产品成本,但是兼顾连线品质,就是研发人员需要克服的议题。最后为了提高生产效率,在产线上需要尽快完成测试,加速产品上市时间。因此是德科技推出IOT8700测试方案,可以透过OTA测试Wi-Fi与蓝牙都可以测试,测试时间短且设定简单、方便使用。并且可以弹性测试不同类型的IoT装置,以及装置的Tx power、Rx敏感度。

 

RISC-V开拓AI创新

RISC-V架构为产业带来四个方面的创新,包含採用RSIC-V架构的软体都可以相容,所带来的自由度;客製化指令集所具备的弹性;标淮组织针对未来应用尚在制定相关规格,突显其未来性;相互贡献的社群也为此建立良好的生态系。而针对RISC-V在穿戴装置的应用,晶心科技业务发展副处长洪彰辰(图3)举例产学研究案例,该案例针对中风、脑性麻痺等无法清楚发音的病患,设计语音转换系统。该系统的开发基于RISC-V核心,加上学界研发的低功耗深度神经网路(DNN)加速器,达到整体系统只需要5W的低功耗成果,如果以TWS的电池晶片换算,採用此系统的装置可以持续使用24小时。此应用基于AI技术,让配戴的病患能将语意不清的说话内容转换为清楚的发音。
 

图3 晶心科技业务发展副处长洪彰辰


AI与RISC-V架构为穿戴式装置设计带来新的机会与挑战,包含如何将AI技术结合硬体设备、保护资安以及降低系统功耗,都是产品设计时需要克服的课题。降低功耗可以从系统级别切入,也就是不可能每一个晶片随时都在运作,所以如何在系统内运作跟开关机,就是降低功耗的关键之一。此外,降低CPU功耗也是有效的方向,需要把透过将动态功耗降低,并且找到加速运算的方式,以实现低功耗CPU。针对降低CPU功耗,晶心科技提出DSP与VPU解决方案,DSP扩充的功耗低且效率高,可以有效加速针对声音、小图像或是某些机器学习的应用,VPU也能提供更高效能的运算。

 

软体方面,需要整合AI的上层应用跟下层的CPU核心。执行AI应用之前,资料跟讯号要经过前处理和后处理,接著从AI的架构跟模型下手,透过离线的AI模型组织,连接到引擎介面,最终经由晶心科技提供的编译器及OpenCL的异质架构,将AI应用与CPU的硬体结合。

 

综观穿戴式装置朝向崭新的方向进展,精淮且低功耗的眼球追踪模组,提供实现元宇宙的可能性。加上RISC-V架构结合AI实现智慧辅具等应用,可见开放性架构的具备的创新潜能。同时易于导入的测试方案,也进一步确保IoT装置连线的稳定性,以及资讯安全的保障。

 

参考资料

[1] ToshiyoTamura.“Current Progress of Photoplethysmography and SpO2 for Health Monitoring.”Biomedical Engineering Letters, February 2019.

[2] Jihyoung Lee, Kenta Matsumura, Ken-IchiYamakoshi, Peter Rolfe, Shinobu Tanaka, and TakehiroYamakoshi.“Comparison Between Red Green and Blue Light RPhotoplethysmography for Heart Rate Monitoring During Motion.” 2013 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society(EMBC), July 2013.