來源：傳感器世界編輯部

編輯：感知芯視界 Link

2023年9月26日，在“第11屆EEVIA年度中國硬科技媒體論壇暨產(chǎn)業(yè)鏈研創(chuàng)趨勢(shì)展望研討會(huì)”上，來自Bosch Sensortec GmbH的高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師皇甫杰先生為業(yè)界帶來“嵌入式AI與MEMS傳感器塑造未來，開啟全新視野”主題演講（見圖1）。

演講開始，皇甫杰首先做了簡要介紹，博世集團(tuán)于1886年成立，由羅伯特·博世先生創(chuàng)立，發(fā)展到今天已有137年的歷史，主要涉及四大業(yè)務(wù)領(lǐng)域：第一，也是最大的一塊是汽車和智能交通領(lǐng)域；第二是工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域；第三是能源與建筑技術(shù)領(lǐng)域；最后一個(gè)是消費(fèi)品領(lǐng)域。

眾所周知，博世是汽車半導(dǎo)體巨頭，汽車?yán)锩娴母鞣N零部件，包括底盤系統(tǒng)等大量用到博世的模塊或者傳感器。博世半導(dǎo)體隸屬于博世汽車的市場(chǎng)領(lǐng)域，包括四大產(chǎn)品模塊：一是功率器件（主要是車規(guī)的功率器件），包括碳化硅芯片；二是ASICs芯片（也屬于車規(guī)產(chǎn)品）；三是車規(guī)半導(dǎo)體、車規(guī)MEMS傳感器，涉及到加速器、陀螺儀、其他傳感器等；四是消費(fèi)類的MEMS傳感器，主要聚焦在消費(fèi)類的電子產(chǎn)品，包括手機(jī)、穿戴、IoT等設(shè)備中。

皇甫杰用一張時(shí)間軸介紹了博世半導(dǎo)體MEMS傳感器發(fā)展的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（如圖2）。1996年，博世推出了第一顆MEMS傳感器，基于6寸的MEMS waferfab；從2005年開始，博世成立了Bosch Sensortec GmbH，這意味著博世從車規(guī)領(lǐng)域拓展到了消費(fèi)領(lǐng)域；2007年，Bosch Sensortec在中國上海成立了亞太總部，這一年，博世MEMS傳感器出貨量突破10億顆；2010年，博世在德累斯頓推出了8寸waferfab晶圓；2018年，博世MEMS傳感器出貨量突破100億顆；2021年，在德累斯頓推出了12寸晶圓的Waferfab，同時(shí)出貨量突破150億顆（包括車規(guī)和消費(fèi)類的傳感器）；到今天為止，MEMS傳感器產(chǎn)品出貨量已突破180億顆。

博世的MEMS傳感器發(fā)展始于汽車，然后拓展到消費(fèi)領(lǐng)域，繼而到現(xiàn)在的IoT領(lǐng)域。萬物互聯(lián)離不開傳感器對(duì)物理信號(hào)的感知，MEMS傳感器讓IoT設(shè)備變得更加智能。

如今，MEMS傳感器已經(jīng)滲透到生活的方方面面，在樓宇里面，可以通過傳感器檢測(cè)停車位，也可以做室內(nèi)的導(dǎo)航。因?yàn)樵跇怯钪g，尤其在地下停車場(chǎng)的時(shí)候，其實(shí)是很少有GPS信號(hào)的。為了更精確地配合室內(nèi)地圖做車載導(dǎo)航，那么就可以通過傳感器來做車載的慣導(dǎo)。

另外，車內(nèi)的空氣質(zhì)量檢測(cè)、安防類的入侵檢測(cè)，以及睡眠監(jiān)測(cè)等等，都會(huì)用到傳感器，另外，在工廠端有一些設(shè)備的追蹤，還有AR眼鏡的應(yīng)用，都為我們的工廠端生產(chǎn)和研發(fā)提供了更便捷高效的設(shè)備。

最后，在消費(fèi)類的應(yīng)用方面，可以用傳感器計(jì)算更精確的卡路里，另外還有手機(jī)拍照防抖功能，以及用于手機(jī)或穿戴設(shè)備記錄步數(shù)，這是基于加速度傳感器實(shí)現(xiàn)的。所以，MEMS傳感器已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，雖然大家不會(huì)直觀地感受到，但它就陪在我們身邊。

接下來，皇甫杰結(jié)合博世消費(fèi)類傳感器產(chǎn)品，為研討會(huì)來賓做了案例分享。

皇甫杰介紹道，早些時(shí)候，傳感器的作用就是一個(gè)物理信號(hào)的檢測(cè)，承載的功能就是檢測(cè)物理信號(hào)，然后把物理信號(hào)轉(zhuǎn)成一個(gè)電信號(hào)提供給上層，相對(duì)功能比較單一。在持續(xù)發(fā)展的過程中，傳感器可以集成更多的算法和軟件的功能，做定制化的配置，實(shí)現(xiàn)更多的功能。時(shí)至今日，邊緣AI算法也可以集成到小小的傳感器產(chǎn)品里面去，傳感器這個(gè)單一的硬件逐漸承載了更多的任務(wù)，做更智能的場(chǎng)景應(yīng)用。

與傳統(tǒng)的AI算法有所不同，Bosch Sensortec的邊緣AI算法是集成到傳感器本體里面，因?yàn)閭鞲衅髦灰梢粋€(gè)超低功耗的處理器，就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能。

皇甫杰進(jìn)一步解釋道，將AI算法集成到硬件內(nèi)部的好處有以下幾點(diǎn)：一是可以定制化器件端，讓傳感器適應(yīng)到每一個(gè)獨(dú)立的用戶；二是傳感器的數(shù)據(jù)只存在設(shè)備本身，甚至傳感器內(nèi)部，不需要上傳到云端，這樣可以保證用戶數(shù)據(jù)的安全性；三是可以實(shí)時(shí)響應(yīng)，因?yàn)闊o需將數(shù)據(jù)上傳云端，再反饋到設(shè)備端，所以它的響應(yīng)速度會(huì)更快；四是進(jìn)一步地減少設(shè)備的功耗，來延長電池的使用壽命或者電池的續(xù)航時(shí)間。

以最新的BHI380傳感器為例來說，它緊湊的尺寸方便集成到各種各樣的消費(fèi)類電子產(chǎn)品里面，而且BHI380功耗非常低，在做數(shù)據(jù)融合的時(shí)候，可以保證功耗在微安級(jí)別，另外，在出廠的時(shí)候集成了一些基本功能和AI算法，用戶也可以很方便地進(jìn)行二次開發(fā)。

接著，皇甫杰列舉了BHI380智能傳感器幾個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景：第一個(gè)是在TWS耳機(jī)里面最常見的3D音效，它的原理是檢測(cè)用戶頭部在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候?qū)?yīng)的音效場(chǎng)景，這是基于陀螺儀檢測(cè)頭部轉(zhuǎn)動(dòng)角度實(shí)現(xiàn)的；第二個(gè)是手勢(shì)識(shí)別或者動(dòng)作識(shí)別，比如走路、騎車、跑步時(shí)，或者坐汽車、高鐵、飛機(jī)等交通工具時(shí)，這些場(chǎng)景都可以通過傳感器的數(shù)據(jù)做一個(gè)大數(shù)據(jù)融合之后來識(shí)別；第三個(gè)應(yīng)用是比較常見人機(jī)交互；第四個(gè)是PDR步行導(dǎo)航，現(xiàn)在基本上人手一個(gè)智能手表或智能手機(jī)，可以基于這個(gè)ACC和陀螺儀的數(shù)據(jù)，再結(jié)合算法去做運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄，這個(gè)記錄不需要GPS的參與，包括在室內(nèi)，比如商場(chǎng)里面沒有GPS信號(hào)，這時(shí)候可以結(jié)合商場(chǎng)內(nèi)部地圖做路徑規(guī)劃；最后就是AI健身相關(guān)的記錄，比如健身動(dòng)作的追蹤，包括游泳姿態(tài)的算法，BHI380智能傳感器集成了AI的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)相關(guān)算法在里面，在使用時(shí)，設(shè)備可以自動(dòng)檢測(cè)用戶當(dāng)前動(dòng)作以及做了多少次，不需要任何干預(yù)，除了器件內(nèi)嵌的十幾個(gè)健身動(dòng)作之外，用戶也可以定義新的健身動(dòng)作，這就是AI的典型學(xué)習(xí)能力。例如用戶做啞鈴的舉握，這個(gè)動(dòng)作的算法器件本身是不具備的，用戶可以觸發(fā)學(xué)習(xí)模式，然后重復(fù)做動(dòng)作大概3~5次，讓傳感器識(shí)別到動(dòng)作特征，捕捉到動(dòng)作特征之后，器件快速建立出用戶特征的模型，直接生成到傳感器里面并保存起來，下次用戶再做相同動(dòng)作時(shí)就可以直接識(shí)別出這是自定義的新動(dòng)作，并記錄用戶做的次數(shù)（如圖3）。值得一提的是，HI380智能傳感器的功耗比上一代產(chǎn)品降低了54%，因此很適用于可穿戴設(shè)備。

接下來介紹一顆最新的環(huán)境類傳感器——BME 688四合一的傳感器，也是目前世界上最小的四合一傳感器，集成了溫度、氣壓、濕度、氣體檢測(cè)功能。基于這顆傳感器，我們可以給用戶提供一個(gè)微環(huán)境的監(jiān)測(cè)，甚至可以做一些微環(huán)境的天氣預(yù)報(bào)預(yù)估，以及配合智能家居的聯(lián)動(dòng)等。

舉例如說，用BME688可以檢測(cè)不同的氣體，比如用戶想要檢測(cè)某一種咖啡的氣味，可以用BME688傳感器去采集目標(biāo)氣體的信號(hào)，之后，基于采集到的目標(biāo)氣體的傳感器信號(hào)，用PC端對(duì)應(yīng)的簡化工具去做一個(gè)數(shù)據(jù)特征的捕捉，在捕捉到數(shù)據(jù)特征之后，結(jié)合工具生成一個(gè)數(shù)據(jù)模型集成到用戶自定義的算法里面。

VOC氣體應(yīng)用的領(lǐng)域就特別廣了，比如用于森林野火的檢測(cè)、對(duì)人體有害的氣體檢測(cè)、嬰兒紙尿片的檢測(cè)、冰箱食物新鮮程度的檢測(cè)，還有室外空氣指數(shù)的檢測(cè)等等。

BME688的工作原理是通過傳感器內(nèi)部去加熱金屬氧化物，來跟目標(biāo)氣體發(fā)生還原反應(yīng)。通過采集多個(gè)溫度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的還原反應(yīng)的電阻值，對(duì)特征做捕捉之后做區(qū)分。比如有三種揮發(fā)性氣體，傳感器捕捉到不同的特征，通過不同的溫度點(diǎn)的電阻值建立模型。

這里舉一個(gè)在北美用BME688氣體傳感器做野火檢測(cè)的成功案例。我們采用太陽能電源給它供電，配有無線通信模塊，在整片森林各處掛置這種設(shè)備，目的是檢測(cè)森林里不同位置的空氣質(zhì)量。因?yàn)樯执蠡鸢l(fā)生之前會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧，里面含有大量VOC氣體，云端可以實(shí)時(shí)捕捉到傳感器的信號(hào)，如果某一個(gè)區(qū)域的VOC氣體含量急劇上升，就可以進(jìn)行快速定位并進(jìn)行處置（如圖4）。

接下來，皇甫杰介紹了一款最新的氣壓傳感器——BMP581。

首先，氣壓計(jì)在北美的手機(jī)里面是標(biāo)配，當(dāng)?shù)厥謾C(jī)運(yùn)營商要求所有手機(jī)在打報(bào)警電話的時(shí)候要知道所處坐標(biāo)，這是通過氣壓計(jì)來識(shí)別的。

有關(guān)氣壓傳感器的實(shí)際數(shù)據(jù)采集見圖5，左邊是不同的樓層，氣壓計(jì)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)明顯不同，右邊是走樓梯的時(shí)候采集到的氣壓計(jì)的變化，可以看到，數(shù)據(jù)變化跟臺(tái)階是一對(duì)一的關(guān)系，表明傳感器噪聲和數(shù)據(jù)精度非常高的。

BMP581氣壓計(jì)在耳戴產(chǎn)品或者穿戴產(chǎn)品里面也有一些典型的場(chǎng)景，比如用戶在佩戴智能耳機(jī)做俯臥撐的時(shí)候，BMP581氣壓計(jì)可以通過檢測(cè)用戶俯和撐的高度變化，來識(shí)別用戶做了多少次俯臥撐。做引體向上的時(shí)候也是同樣的道理，BMP581氣壓計(jì)可以檢測(cè)到用戶在向上拉伸和雙臂完全放直的高度差，快速識(shí)別用戶的拉伸動(dòng)作次數(shù)。其他涉及到氣壓計(jì)的應(yīng)用案例也非常多，例如配合GPS做高度的識(shí)別（GPS通常只有XY兩個(gè)方向的識(shí)別，加上氣壓計(jì)可以做高度的識(shí)別），還有卡路里計(jì)算和跌倒檢測(cè)，以及掃地機(jī)器人里面的堵塞檢測(cè)等。

演講結(jié)束后，來賓展現(xiàn)出對(duì)博世產(chǎn)品的極大興趣與關(guān)注，與皇甫杰進(jìn)行了相關(guān)問答與探討。同時(shí)，Bosch Sensortec Gmbh可編程人工智能傳感器BHI380獲得了“2023年度硬科技產(chǎn)業(yè)縱橫獎(jiǎng)”“E”馬當(dāng)先新品獎(jiǎng)，并在研討會(huì)現(xiàn)場(chǎng)頒發(fā)了獎(jiǎng)牌（見圖6）。

在未來的發(fā)展方向上，博世半導(dǎo)體將持續(xù)擴(kuò)大AI生態(tài)圈，作為行業(yè)技術(shù)引領(lǐng)者，博世半導(dǎo)體從未停止創(chuàng)新的腳步。

審核編輯 黃宇