隨著最近LLM的流行，帶火了AI的概念。而一個“大”的AI背后，需要更多“小”的AI觸角的支撐。從之前在MCU端的AI推理部署，到現(xiàn)在，傳感器上也可以運行一些簡單的AI運算。這樣將整個推理的鏈條的部分重心前置，提高了整體的系統(tǒng)效能和反應，同時也減少了無效數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。
作為傳感器巨頭，Bosch已經(jīng)在傳感器中開始集成AI運算的功能，并且實現(xiàn)了諸多終端應用賦能。近日，第11屆EEVIA年度中國硬科技媒體論壇暨產(chǎn)業(yè)鏈研創(chuàng)趨勢展望研討會在深圳召開，Bosch Sensortec GmbH 高級現(xiàn)場應用工程師皇甫杰在會上發(fā)布了主題為“嵌入式AI與MEMS傳感器塑造未來， 開啟全新視野”的演講。
傳感器的演進：從基礎感知到AI集成
傳感器的演進，可以大致分為三個階段。從早期2000年初，傳感器的作用就是一個物理信號的檢測，檢測物理信號然后提供給上層使用，所以它是單一的MEMS和模擬前端，直接把物理信號轉(zhuǎn)成一個電信號提供出來，相對功能比較單一。后來在持續(xù)發(fā)展的過程中，傳感器中又集成更多的算法和軟件的功能，可以去做一些定制化的配置，集成一些更豐富的功能，甚至可以往里面放一顆可編程的處理器，做算法的集成，讓它實現(xiàn)更多的功能。
而到了今天，邊緣AI算法也可以集成到小小的傳感器產(chǎn)品里面去。這是因為現(xiàn)在的處理器已經(jīng)可以做到非常低的功耗，處理能力也可以實現(xiàn)AI算法的運行。所以在整個過程中，傳感器這個單一的硬件慢慢承載了更多的任務，去做更智能的應用場景。
傳統(tǒng)的AI方案整個架構(gòu)中，成千上萬的硬件傳感器，承載的就是一個信號的傳遞的功能，它通過通過無線的方式把采集的物理信號傳遞到網(wǎng)絡端，網(wǎng)絡端收到成百上千甚至上萬個傳感器的信號之后，可以對大數(shù)據(jù)做建模，在云端提供一些智能的響應、智能的策略。
而現(xiàn)在更多的邊緣AI算法可以集成到傳感器本體里面，因為傳感器只要集成一個超低功耗的處理器，就可以完成這種AI推理的工作。這也是Bosch Sensortec現(xiàn)在正在做的事情。
據(jù)皇甫杰介紹，將AI算法集成到傳感器中來運算，有諸多好處。一是可以在器件端做定制化或者個性化，對每個用戶做一個適配，讓傳感器識別精度適應到每一個獨立的用戶，而不是說一個算法應用到所有用戶，因為用戶是有差異的。所以這是第一個優(yōu)勢。第二，傳感器的數(shù)據(jù)不需要上傳到云端，數(shù)據(jù)只是存在設備本身，甚至傳感器內(nèi)部。這樣的話可以保證傳感器數(shù)據(jù)的安全性，或者用戶數(shù)據(jù)的安全性。第三，實時響應。無需將數(shù)據(jù)上傳云端，再反饋到設備端，中間的過程直接忽略掉，直接在器件里面做響應，所以整個響應速度會更快。第四，進一步地減少設備的功耗，來延長電池的使用壽命或者電池的日常使用時間。
BHI380：ACC+陀螺儀二合一
BHI380是博世最新推出的一款IMU傳感器，是ACC和陀螺儀二合一的傳感器。該器件有三大優(yōu)勢：第一，緊湊的尺寸可以方便集成到各種各樣的消費類電子產(chǎn)品里面；第二就是功耗非常低，因為其內(nèi)部集成的是超低功耗的處理器，可以跟數(shù)據(jù)做融合的時候，保證功耗大概幾百個微安的級別。第三，該處理器在出廠的時候已經(jīng)集成一些基本的AI算法。用戶也可以做自己的二次開發(fā)，博世會提供一些資源出來，讓用戶集成自己的算法，這樣提供了更高的擴展性。
據(jù)悉，BHI380的應用場景包括TWS耳機、手勢識別、人機交互、步行導航和AI健身記錄等等。
皇甫杰表示，現(xiàn)在的AI傳感器BHI380，已經(jīng)集成了一些AI相關的運動監(jiān)測相關算法在里面，用戶可以在日常使用過程中，做一些健身的動作，支持用戶自定義，或者用內(nèi)部自帶的動作。該器件可以幫助用戶實現(xiàn)不同健身項目的無縫切換，不需要用戶去干預手表，或者需要做不同的健身動作的時候，在手表上做特定的設置。設備可以自動檢測用戶當前在做什么動作，然后用戶做了多少次，這樣的話用戶可以在做動作的時候不參與任何干預，讓整個健身過程變得更加智能。
此外，該器件的功耗顯著降低，比上一代降低了54%，而且集成了用戶頭部追蹤的功能，可在TWS耳機應用中支持立體聲效果。
BME688：四合一環(huán)境傳感器
BME 688是博世最新推出的環(huán)境傳感器，它集成了溫度、氣壓、濕度、氣體四類檢測功能，也是目前世界上最小的四合一環(huán)境傳感器。
該傳感器的工作原理是通過內(nèi)部加熱金屬氧化物，來跟目標氣體發(fā)生還原反應。在不同的溫度點的時候，還原反應的特征不一樣。所以通過采集多個溫度點，對應的還原反應的電阻值，對特征做捕捉，捕捉到之后就可以做區(qū)分?！氨热缬腥齻€揮發(fā)氣體，它捕捉到的特征不一樣，所以我可以快速通過不同溫度點，它的傳感器報出來的電阻值做特征的模型建立?！被矢芙忉尩健?
對于該產(chǎn)品的定位，由于體積和功耗要求更為苛刻，因此并沒有集成處理器在里面，但博世提供了PC端的AI想學習開發(fā)工具，用戶可以基于這個工具去做應用場景的定制。
舉例而言，BME688可以檢測不同的氣體，主要是VOC類的氣體。第一步，用戶定義好自己的氣體種類，比如想要檢測某一種咖啡的氣味，就可以基于咖啡的目標氣體，讓傳感器去采集目標氣體的信號。數(shù)據(jù)收集到了之后，在PC端有一個對應的簡化工具，可以讓用戶基于采集到的目標氣體的傳感器信號，去做一個數(shù)據(jù)特征的捕捉。在捕捉到數(shù)據(jù)特征之后，結(jié)合工具生成一個數(shù)據(jù)模型，去對這種目標氣體做識別。最后就是推過生成的模型，集成到客戶算法里面，就可以結(jié)合傳感器的物理信號，在真實應用場景的時候可以做功能的檢測。
而譬如森林野火、有害氣體檢測、嬰兒尿片檢測、冰箱里食品新鮮程度檢測、室外空氣指數(shù)檢測等場景，BME688都可以發(fā)揮其價值。
BMP581：感知每一級臺階的氣壓變化
BMP581是博世最新推出的氣壓傳感器，可以進行坐標、海拔、運動等多種場景的檢測應用。
皇甫杰表示，BMP581有一個實際的數(shù)據(jù)采集的demo，是走樓梯的時候采集到的氣壓計的變化。藍色的是最新的BMP 581的數(shù)據(jù)，走到每一個臺階，氣壓計的數(shù)據(jù)變化跟臺階是一對一的。可以表明它的傳感器噪聲和數(shù)據(jù)是精度非常高的。
其實氣壓計涉及到的應用案例非常多，最為常見的有三類：一是配合GPS做高度的識別，因為GPS可能只是XY兩個方向的識別，加上氣壓計還有高度的識別。二是卡路里計算和跌倒檢測，因為在手表手機里面，一個人跌倒時的高度變化可以通過氣壓計完全識別出來。三是掃地機或者掃地機器人里面的堵塞檢測，也可以通過氣壓計來識別，因為一旦堵塞，氣壓會跟外界大氣壓有明顯變化，也可以通過氣壓計來識別。
據(jù)皇甫杰分享，氣壓計在耳戴產(chǎn)品或者穿戴產(chǎn)品里面也有一些典型的場景，比如說用戶在佩戴智能耳機，氣壓計在做俯臥撐的時候，可以檢測用戶貼到地面或者撐起來的時候高度的變化，來識別用戶做了多少次俯臥撐。
結(jié)語
從1996年開始，Bosch推出了它第一顆MEMS傳感器到今天為止，傳感器產(chǎn)品出貨量已經(jīng)突破180億顆。Bosch的MEMS傳感器發(fā)展是從汽車開始，慢慢拓展到消費領域，包括手機、穿戴產(chǎn)品，再到現(xiàn)在的IoT設備等。而據(jù)Yole的報告，全球MEMS收入將從2019年的11.5億美元增長到2025年的17.7億美元，在此期間復合年增長率為7.4%。而隨著AI在邊緣側(cè)落地的需求增加，智能傳感器的增長需求將會推動博世的傳感器業(yè)務進一步加速發(fā)展。
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