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CES未來科技正發生

CES未來科技正發生

趙心寧、陳怡如

科技

工業技術與資訊

2023-02-17 17:01

科技競合、烏俄戰爭、通膨考驗下,CES 2023疫後重磅登場,揭示全球科技產業風向,展中聚焦智慧載具、健康科技、元宇宙與綠色永續四大議題,支持創新持續萌發,為未來描繪嶄新生活樣貌!

智慧穿戴+虛實融合

運動科技再造兆元產業

 

今年美國消費性電子展的主要焦點是以科技協助世界解決當前挑戰,工研院以主題館形式實體、虛擬同步參展,展出涵蓋運動科技,AI人工智慧、ICT資通訊、機器人等9項創新技術,為疫後智慧生活、韌性製造提供解方。

 

疫情催生 運動科技迅速崛起

 

過去3年,新冠疫情重創運動產業,不但大大小小的實體賽事延期或取消,運動場館開放也受到嚴格限制。幸好,物聯網、人工智慧等技術已漸趨成熟,隨著疫情改變人們運動習慣,連帶催生科技的創新研發,有訓練需求的民眾透過虛擬實境、感測紀錄與監控裝備,不用出門、也不用與人實際接觸,以線上與虛擬方式就能運動。

 

多觸感擬真體感衣

多觸感擬真體感衣將電漿電極印製在衣物上,穿上即可體驗。

 

多觸感擬真體感衣

多觸感擬真體感衣設置10處不同觸覺刺激位置,趨近真實觸覺。

 

此外,臺灣擁有完善的運動產業供應鏈,不僅自行車、羽球產品、健身器材均名列全球市占率前三大,加上累積深厚的資通訊、數位內容發展基礎,皆有利發展運動科技。緊扣CES 2023創新聚焦Web 3.0議題,工研院今年首度規畫運動科技領域,展示「多觸感擬真體感衣(iMetaWeaR)」、「智感心運動眼鏡(iSportWeaR)」、「非皮膚接觸式肌電感測運動臂帶」、「運動生理感測與指導數位分身」等技術。

 

這4項技術都是結合AI、感測與元宇宙概念的運動科技,在CES展前記者會上,包括美聯社、權威健康科技媒體Health Tech Insider、日本讀賣新聞、法國XDC、瑞士Neue Zuercher Zeitung 、巴拿馬媒體Tecno Stevens以及 Podcaster MacVoices等都爭相體驗。事實上,從2020年到2021年上半年,美國人在家庭健身設備、線上運動課程訂閱服務上,花費超過34億美元,顯示不受空間、時間限制的運動科技正迅速崛起。

 

iMetaWeaR 元宇宙健身如身歷其境

 

可別以為在家線上健身只能做做體操、瑜珈,工研院研發的「iMetaWeaR」,即便是拳擊、西洋劍這類雙人競技的運動,也能讓玩家有「拳拳到肉」的實際感受。穿上iMetaWeaR,當系統偵測到他方玩家揮拳,就會在此方被虛擬觸碰到的位置啟動電流刺激,工研院服務系統科技中心組長林宏墩直言:「好像真的被對手打了一拳!」

 

這項技術的關鍵,正是工研院開發的智慧紡織原料「柔性導電電漿材料」,能將導電紗線直接織入布料,帶來相應的觸覺回饋,還可重複水洗。光是上半身就有多達10處不同觸覺刺激,並以4組電極設計支持24種不同力道、速度組合的刺激模式,無論對手使出拳擊、腳踢,還是啟動防禦動作,都能帶來趨近真實的觸覺感受,有效提升在虛擬世界中運動的沈浸式體驗。

 

智感心運動眼鏡

 

智感心運動眼鏡

智感心運動眼鏡會將運動生理數據顯示於手機APP等裝置方便監看,即時示警。

 

iSportWeaR 健康管理師「戴」著走

 

另一項運動科技產品則是「智感心運動眼鏡」,外觀看起來與滑雪場上、馬拉松賽事中的運動者所配戴的太陽眼鏡沒有顯著差異,不過,秘密藏在與側臉、耳朵接觸的鏡腳中。原來,鏡腳上的低功耗雷達傳感技術,可以偵測各種生理數據。

 

「有別於一般智慧手錶只能偵測心跳,我們把微型雷達整合到眼鏡之中,可以透過鏡腳偵測到呼吸與心跳,並連結到手機進行資訊的蒐集與管理。」林宏墩表示,智感心運動眼鏡的最大競爭力,就是可蒐集的生理資訊比一般智慧手錶多。

 

智感心運動眼鏡

智感心運動眼鏡適用於各種可穿戴應用的運動,蒐集的生理資訊比一般智慧手錶更多。

 

透過呼吸、心跳、體態以及運動量的監測,找到最適合自己的運動速率,如果生理狀態出現異常,也會及時提醒,避免熱衰竭等運動傷害。更重要的是,低功耗雷達技術非常省電,運動健康分析與管理可達到連續24小時的超長偵測時間,且可近距離感測、不受干擾。

 

「多觸感擬真體感衣」與「智感心運動眼鏡」這兩項技術,目前均有感測業者、內容產製業者以及運動設備廠進行合作洽談,後續可期。不過,工研院進軍運動科技產業,可不僅止於研發、技轉,而是擔負起整合者角色,替臺灣業者創造在國際發光的能量。

 

肌電感測運動臂帶 精準量測非接觸嘛ㄟ通

 

「非皮膚接觸式肌電感測運動臂帶」是一項創新技術應用,即使隔著衣物,亦可精準量測運動時驅動肌肉的肌電訊號,掌握訓練關鍵生理資訊。

 

為什麼一定要隔著衣服使用感測臂帶呢?傳統的穿戴式感測裝置需要緊貼肌肉以便量測,但長時間的使用很容易出現問題,如皮膚過敏、壓迫等副作用影響運動表現。隨著汗水的增加,皮膚也變得潮濕和滑動,導致感測資料失準。傳統的穿戴式裝置也是硬性的,無法順應人體曲線的彎曲限制;通過軟性混合電子和耦合式感測技術,這些問題都可以迎刃而解。

 

非皮膚接觸式肌電感測運動臂帶在各種動作下仍可保持舒適性,並精準量測肌電圖訊號。

 

非皮膚接觸式肌電感測運動臂帶體積小,輕巧簡便。

 

目前這項技術已與國立臺灣體育運動大學合作,應用在棒球投手投投擲上肢運動科學化訓練中。將傳統訓練轉型為智慧化數字分析,加速運動訓練科學化的發展,使訓練更精確有效。一方面幫助選手在比賽中表現成績更出色,另一方面也積累了臺灣在運動科技領域的整體實力。

 

居家健身夯 數位分身教練隨時在側

 

在工研院CES主題館中有個體驗空間,只擺放一座飛輪訓練台與一台電視螢幕。騎士無須穿戴任何裝置,就能偵測生理數據,還能獲得專業指導。原來,這是一場在元宇宙中的單車訓練課程。

 

「這套系統不需要穿戴任何裝置,即可創造出舒服又便利的運動環境。」工研院智慧感測與系統科技中心經理黃豈苙說。「運動生理感測與指導數位分身」也是此次工研院展出的運動科技亮點,講求在家裡也能宛如教練在身邊提供專業訓練。

 

不必穿戴裝置卻能感測生理數據,如何辦到?透過工研院開發的熱影像非接觸呼吸量測技術,讓虛擬世界中的單車教練了解即時運動狀態。教練可透過蒐集來的實體數據進行分析判斷,給予最適合使用者的運動菜單,課程結束後還可以打分數、提供專業建議。

 

運動生理感測與指導數位分身採用熱影像非接觸呼吸感測技術,能提供使用者專業級指導建議。

 

元宇宙強化運動趣味與黏度

 

工研院預估,全球運動科技產值將在2030年達到新臺幣13.4兆元,未來10年複合成長率為7.7%,行政院也將運動科技產業定調為2026年下一個兆元新產業,展望產業前景,新冠疫情固然催生了運動科技商機,但元宇宙概念卻更強化了運動的趣味與社群黏度。

 

從CES展中,具備元宇宙概念的運動科技甫現身立即擠滿體驗人潮,即可看見端倪。未來,不需要擠破頭抽籤也能參加熱門馬拉松賽事、不必飛到印度也能參加瑜伽靈修。只要進入元宇宙的世界,就能連結國際運動社群,隨時找到一起運動的好友,甚至給予專業意見的教練。

 

工研院產業科技國際策略發展所分析師詹睿然表示,以臺灣既有運動健身器材供應鏈加上資通訊產業優勢,無論在智慧場館、智慧運動/健身、智慧訓練/規畫與電子競技領域,「臺灣運動╳科技產業生態系」量能十分具有國際競爭力。建議既有業者可善用此量能,創造新定位。包括開發不同族群與場域需求,朝產品智慧化、連網化發展,在不同場域中深化專業知識;異業欲投入者,可進一步導入5G、AI、物聯網等技術,串接資料內容,發展新的商業模式。

 

隨著5G基礎建設逐步整備,AI、物聯網與虛實整合技術日益成熟,我國可結合運動科學,發展整合型解決方案,以此打造亞太運動科技培訓基地,鏈結全球市場,帶動產業創造更大的附加價值。

 

從自動化到智能化

機器人、電動車再進化

 

不管是工廠內的機械手臂,或是可搬運負載的自主移動載具,機器人的高彈性,可適應各種製造環境,更因為疫情帶來的斷鏈、缺工和零接觸商機,以及整體社會的高齡化、少子化轉變,促使全球企業加快評估機器人導入。機器人的應用,將成為後疫時代生產效率增長的關鍵。

 

機器人結合邏輯判斷 化身智能平台

 

機器人從1.0的自動化,到2.0的數位化,再到3.0的協同化,進化到現今4.0的智能化,工研院產業科技國際策略發展所分析師周暐程表示,「機器人不僅是自動化設備,更是智能平台。」透過結合人或生物的邏輯判斷能力,像是感知、規劃、動作、協同等,讓機器人搖身一變,成為一種具有高度靈活性的智能化機器。

 

Cubot ONE置物容量大,室內外通行,還可行駛崎嶇路面。

 

根據國際機器人聯盟(IFR)報告,2022年全球工業機器人新增57萬台,年增10.3%,產值達270億美元;專業型服務機器人在2021年銷售大增37%,來到12萬台,其中以物流應用為大宗。周暐程指出,機器人市場蓬勃發展,主要有三大驅動因素,包含實現零接觸作業模式;高危險、高負荷作業替代,以及彌補人力不足。

 

事實上,機器人取代傳統勞力工作已成趨勢。世界經濟論壇(WEF)的《未來就業報告》即指出,2020年全球機器工作量占整體33%,人力占比為67%;預估到2025年,機器工作量將達47%,而人力占比將減少至53%,未來機器人的裝置量及整合應用將會大幅增加,將迎向人機協同共工的合作模式。

 

自主移動載具Cubot ONE 

能過馬路還能搭電梯

 

在零接觸和缺工議題催化下,「自主移動機器人」(AMR)正快速崛起。國際研調機構統計,AMR全球市場規模,2021年約在21~24億美元左右,2030年可達到92~220億美元,年複合成長率達22~34%。

 

服務業運用機器人也越來越普及,不少餐廳已導入機器人送餐,對缺工的服務業助力不少。而工研院開發的「室內外自主移動載具Cubot ONE」,更是全臺首創可在室內、戶外自由移動,還能自己搭電梯到指定樓層,完成門到門(Door To Door)的配送服務。

 

自主移動載具Cubot ONE可搭電梯跨樓層運行,將可節省70%外送員人力成本,也呼應零接觸的服務商機。

 

Cubot ONE能和電梯「溝通」的秘密,在於整合C-V2X車聯網技術、3D定位與導航技術,以及5G連網技術,「V2X就是Vehicle-to-everything(車聯網),所以Cubot ONE能跟電梯溝通,也可以跟紅綠燈溝通,讓AMR過馬路的時候更加安全,」工研院南分院智慧製造服務系統組副組長李坤敏說。

 

有別於一般工業場域常用的AGV自動運送車以地面磁條導航,Cubot ONE考量室外環境和光線較難掌握,或受雨天干擾,改採光達及感測器,並善用5G低延遲及大頻寬特性,進行準確避障,可行駛於崎嶇路面,在複雜的十字路口通行無阻,甚至爬上15度的斜坡也不是問題。

 

李坤敏進一步說明,每輛Cubot ONE有4個櫃門,可同時載送24份餐點。當餐點到了客人家門或是公司門口之後,會以電話通知取餐,訂餐的客人只能開啟自己餐點的那道門,避免誤拿。

 

由於疫情加速線上購物的成長力道,使得最後一哩的運送與物流車輛需求增加,無人配送前景看好。若此趨勢維持不變,全球要運送的包裏數量,將從2022年的1,700億個,成長至2027年的2,800億個,也讓外送成為新的服務項目。在少子化、勞工短缺之際,Cubot ONE預估可節省70%外送員人力成本,也呼應零接觸的服務商機。

 

目前這項技術獲得7-ELEVEN青睞,將於高雄軟體園區3棟辦公大樓之間提供送餐服務,消費者只要一鍵下單,餐點即可抵達門口。Cubot ONE也串聯統一集團外送平台foodomo進行場域實證,未來也能搭配智慧後端管理平台,協同多機運作。

 

機器人史密斯 開啟人機協作時代

 

機器手臂來回研磨拋光,轉眼間一個光滑細亮的水龍頭就大功告成,宛如人工細細打磨的技法,來自工研院研發的「機器人史密斯」(RobotSmith)。即使邁入工業4.0,臺灣不少金屬加工業仍屬於傳統危險、骯髒、辛苦的「3K產業」,導致年輕人不願進入老舊工廠執行重複又辛勞的工作,造成嚴重缺工和經驗斷層等問題。

 

「機器人史密斯」透過虛實整合線上修正研磨拋光路徑,使機器人以精細的力量控制。

 

為了彌補生產力缺口,工研院研發出「機器人史密斯」,以AI軟體技術克服製程瓶頸,模仿人工手法,用EzSim應用軟體完成機器人模擬,計算最佳研磨路徑參數,再搭配感測器,調整研磨角度和力量。

 

「機器人史密斯」透過虛實整合於線上修正研磨拋光路徑,以即時力學訊號,補償機器人路徑,讓機器人得以用精細的力量控制,模仿工匠的手藝細微調整,讓表面處理如工藝般細緻,再現老師傅智慧。目前「機器人史密斯」已技轉給國內自動化廠商,應用於水五金、廚具、醫材人工關節等拋光研磨,橫跨9種產業,開啟人機協作新時代。

 

在CES現場,「機器人史密斯」吸引韓國電子技術研究中心、工業領域、時尚領域專家洽談,期望有進一步合作機會;來自時尚領域Echnofashion的Huseyin Ozturk更表示:「我覺得RobotSmith可以有很大的應用,例如用在珠寶業的戒指跟銀飾手工拋光。」

 

「機器人史密斯」表面處理工作如工匠製作般細緻完美。

 

周暐程觀察,未來自動化技術升級,導入機器人的需求看漲,亞洲國家尤為明顯。以臺灣來說,為了滿足客製化、少量多樣的市場型態需求,在選用機器人導入產線應用時,會考量靈活性、應用性及占地面積等因素,也增添導入協作型機器人與自主移動機器人的機會與優勢。

 

機器人不僅可導入在成熟的工業應用,在非工業應用的新興領域也會是一塊藍海市場,未來也將因應各種產業別需求,推出更多元化機器人解方,迎合不同的終端型態客戶。

 

碳化矽電動動力驅控器 

提高電動車續航力

 

在智慧移動載具上,不僅有機器人,汽車科技也是今年CES一大關注焦點。在淨零排放趨勢下,電動車發展火熱,彭博新能源財經(BNEF)預估,在2035至2040年間,電動車與燃油車的銷售將呈黃金交叉,是未來交通移動的新寵兒。

 

瞄準電動車的龐大商機,工研院開發國產化的車用「碳化矽電動動力驅控器」,具備體積小、高效率、高功率三大特色,重點功率密度規格領先國際車用半導體大廠,可降低電動車電力損耗,並提升能源效率。

 

這項技術採用的化合物半導體「碳化矽」(SiC),是全球大力投入的半導體材料,因為具備高速、耐高溫、耐高壓的特性,廣泛應用於高頻通訊及動力電子元件。工研院特別研發離散式薄膜電容最佳化配置,僅5公升體積,可進行800V高壓操作,實測達214kW功率,功率密度高達≧40kW/L、效率高達≧98%,符合美國能源部對電力驅控系統所設定的階段目標。目前相關碳化矽功率元件驅動技術,已技轉給國內車用電源轉換器廠商。

 

「碳化矽電動動力驅控器」效能表現佳,符合美國能源部對電力驅控系統所設定的階段目標,且目前相關碳化矽功率元件驅動技術,已技轉給國內車用電源轉換器廠商。

 

「碳化矽電動動力驅控器」內部採用離散式薄膜電容最佳化設計,縮小其體積。

 

由於效能亮眼,法國電力公司(Électricité de France S.A.;EDF)高階代表團認為,「碳化矽電動動力驅控器」很符合時下電動車市場需求;也有功率元件大廠認為,此技術小而美,體積小、功率佳,希望有合作機會,提升產品優勢,強化公司的既有功率開關元件產品。

 

CES 2023已於1月8日閉幕,而工研院9項參展技術,仍在工研院的CES虛擬展示館展至2月24日,並接受國內外廠商預約一對一洽談商機媒合,歡迎洽詢。

 

工研院CES主題網站網址:

https://event.itri.org/CES2023/

 

想了解更多CES精彩報導,請看2月號工業技術與資訊月刊

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