[創新趨勢] 情境智能的概念、技術與應用發展(上) | 智慧生活科技

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[創新趨勢] 情境智能的概念、技術與應用發展(上)

2010-11-29 16:57

Post by Emily

你想像中的未來生活是什麼樣子呢？是「關鍵報告」中無所不在的螢幕及先進的生理訊號辨識系統，還是「鋼鐵人」中超人性的互動介面？事實上，世界確實一步一步朝電影中的樣貌邁進，此篇要介紹「情境智能」這個概念，讓大家了解這個越來越聰明的世界。

情境智能的概念

「情境智能」（Ambient Intelligence）最早來自於1991年Mark Weiser所提出的「無所不在的運算」（Ubiquitous Computing）這個概念，此概念的意涵是指，未來電腦將會無所不在地存在於生活中的任何事物中，因此人們能夠隨時隨地擷取所需的資訊。Mark Weiser認為，過去是多人共同使用一部大型電腦，現在是一人一部電腦的個人電腦時代，未來則是每個人都擁有多部電腦，無所不在的充斥在生活週遭。除了「無所不在」，此概念也希望電腦能「存在於無形」，讓使用者能夠隨時隨地、不知不覺使用這些運算功能。也因此，「無所不在的運算」常被認為與「虛擬實境」（Virtual reality）具有相似的效果。兩者的差別在於，虛擬實境透過電腦創造出一個完全虛擬的世界讓人們進入；無所不在的運算則是將電腦植入真實世界，將電腦運算的效果附加在真實生活中。

「情境智能」在1998年由Philips正式提出，Philips指出，未來這些無所不在的運算工具，將會創造出人工智能的環境，協助我們處理日常生活中的各種事務。後續陸續有學者與研究機構對情境智能提出概念性的想法，歸納出情境智能的幾項主要特徵。

1.無所不在的運算（Ubiquitous Computing）

未來電腦系統將具備無線網路傳輸／感應設備、跨系統／物品整合等能力，未來電腦將會無所不在地存在於生活中的任何事物中，隨時隨地提供使用者所需的資訊。

2.情境感知（context awareness）

情境感知指智慧型環境感知系統透過感知技術的設計，系統能感受並知覺到裝置設備是否正在被使用。例如建築物的智慧感知系統，能夠透過工作人員的工作證感應卡，感應工作人員進入或離開建築物的狀態，自動進行燈光與空調的控管，未來智慧電網即是採用此概念作為系統設計的原型。

3.智慧判斷（Intelligence）

無所不在的運算將帶來無所不在的資訊，在資訊大量湧入的未來，電腦將要能夠進一步協助使用者進行資訊的篩選。因此，智能系統必須能夠了解不同使用者的使用行為與使用習慣，並進一步根據使用者當下的使用情境、使用者情緒等狀態，進行使用功能的調整，提供使用者當下所需的資訊。例如螢幕會偵測使用者生理構造，判斷使用者是爸爸後，聯結到資料庫中比對爸爸對新聞的偏好，而提供爸爸較感興趣的財金與政治新聞。

4.自然的使用互動（Natural user-system interaction）

指整個電腦運算環境與使用者之間的互動必須是無需學習而能夠自然反應，因此介面設計必須直覺化、簡單化，可同時透過視覺、語音、手勢動作、嗅覺等部分協助電腦與使用者的互動過程。例如微軟剛推出的Kinect，讓使用者直接透過身體動作進行遊戲，就是一種直覺化的自然互動方式。

情境智能的發展

法國國家科學發展中心（CNRS）將情境智能的發展分為三大階段。

1.數位融合（Digital Convergence）

2015年之前情境智能的發展仍以應用設備的基礎建設為主，包括無線網路傳輸方式、傳輸規格、服務內容的建置、內容軟體架構等，基礎建設的成熟將有助於未來情境智能的發展。

2.次世代網路與網站（Future Internet and Future Web）

2015至2020年以電腦運算系統與真實世界的結合為主，屆時真實生活中的物件均具備連網功能與電腦運算系統，物件之間能夠透過網路相互連結、溝通，形成大型的「物聯網」（Internet of Things），未來的網路會將這些物件所提供的資訊整合在一起，方便使用者查詢及管理。

3.科學資訊融合（Science Convergence）

在物聯網發展成熟之後，除了物件所提供的資訊，進一步將生物科技、奈米科技、腦神經科學、認知科學等其他科技整合進物聯網的系統中，未來使用者的呼吸、心跳、腦波等各種生理訊號，也將進入物聯網的辨識系統中，成為智慧判斷的線索。

情境智能的關鍵技術

透過上述對情境智能的敘述可知，情境智能的運作主要是透過物件的連結將資訊整合，並透過資料庫的管理與電腦的運算，進行智慧化判斷，提供使用者所需的資訊。因此，物件的連結與智慧判斷，即為情境智能的兩大主軸，以下即針對此兩大主軸的重要技術進行說明。

1.無線射頻識別技術（RFID）

無線射頻識別技術（Radio Frequency Identification, RFID），是一種透過無線電波的反射進行遠端物體辨識的技術。一個RFID系統主要包含標籤（tag）、讀寫器（reader）以及後端存取系統（電腦及資料庫）三個部份。當系統發出辨識命令時，讀取器會發射無線電波進行感應，當感應範圍內的標籤被感應到，標籤會將晶片中的資料如識別碼透過無線電波回傳給讀取器，再透過終端存取設備進行識別碼的辨識與資料擷取。

標籤分為被動式與主動式兩種，被動式標籤的電力由外部電磁感應所產生，無法主動發出訊號，只能被動由系統命令讀取器主動發出訊號讀取，且感應距離較短，但成本較低；主動式標籤本身內建電池，可主動發出訊號給讀取器，且感應距離較長，但標籤使用年限為電池壽命所限，使用壽命較短，成本亦相對較高。

在物聯網中，讀取器扮演了真實與虛擬世界橋梁的角色。其透過對標籤的感應，能夠感知物體狀態的變動與整個環境的變化，與終端電腦與資料庫連結之後，提供使用者適當的處理方法。

2.軟性電子技術（Flexible Electronics）

軟性電子是將電子電路製造並安置在軟性基板上，讓電子元件能夠在彎曲的環境中運作，使電子產品柔軟可彎曲的技術，這樣的技術使未來電子產品的應用有更多可能性。日前工業技術研究院得到華爾街日報科技創新獎的發明，即為「超薄軟性螢幕技術」。

軟性電子技術除了應用於螢幕顯示之外，目前能夠最快接近量產的應用即為RFID標籤。RFID必須透過標籤讀取物件相關資訊，標籤為系統不可或缺的要素，因此如何使標籤附著在所有物件上，為發展物聯網的重要議題，「軟性電子」即為使標籤無所不在的關鍵技術。軟性RFID製作技術使用打印的方式印製，能夠隨著紙張的弧度貼合商品外包裝，並且在讀取方式上一律採用主動式標籤，能夠主動發出電波給訊號接收範圍內的讀取器。

與過去的製作技術相較之下，軟性RFID標籤無論在記憶容量、製作成本、耐用性與應用面上都有較佳的表現，各功能表現之比較如下表。成熟的軟性電子標籤技術，使RFID系統能夠廣泛使用在各種物件上，無需考量物件本身的形狀與材質，亦無需另外透過附加的方式放置標籤，以直接印刷在產品或外包裝的方式，即可建構出物聯網。

	過去製作標籤	軟式電子標籤
記憶體	2K bits	8 bits
成本	0.2美元/標籤	0.01美元/標籤
彎曲程度	不可彎	可彎
耐用性	低	高
尺寸	小	大
應用	需額外附加在產品上	可直接印刷在產品上

除了RFID標籤，軟性感測器（Flexible Sensor）亦為突破性的應用之一。目前的感測器產品均為單點感測，若偵測目標為大面積物體時，需以多個感測器同時進行偵測。軟性感測器則可同時將多個感測器置入在軟性基板上，能夠同時進行大面積的偵測，並可得到精準的偵測結果，在物體的哪個部份產生什麼樣的改變，例如壓力感測、濕度感測等。由於軟性電子製作成本低廉，目前軟性感測器已廣泛應用在醫療產品的製作上，例如拋棄式的感測元件、溫度感應計等，以避免重複使用的病菌感染與衛生問題。

3.智慧判斷（Intelligence）

智慧判斷指透過物聯網所得到的大量資訊與終端資料庫的整合，系統能夠偵測環境變化、了解使用者需求，並根據資料庫進一步自動進行一定程度的判斷，協助使用者日常生活的管理。此項功能必須善用大量的資訊蒐集、資料庫管理，以及資料探勘的能力。

但此項技術並非以電腦取代人腦進行判斷，而是在一定程度的範圍內，由電腦協助使用者對週遭環境進行控管。例如智慧電網會偵測大樓使用狀況進行電燈與空調的控管；體重追蹤測量裝置會根據身體各種指標的狀況，檢驗使用者體重是否異常、接下來是否應進行飲食或運動的控管等。

透過軟性電子與無線傳輸技術的應用，加上智慧判斷系統，所有物件均整合在一起，形成一個智慧物聯網。

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