雲端技術的邊界—無線超微感測器群落(Swarm) 及其在醫療健康照護產業之應用

Jan M. Rabaey, Donald O. Pederson Distinguish Professor, EECS, UC Berkeley

無線聯網技術達到無所不有、無所不在時，此時的電腦系統會變成如何? 這是1990年問的問題。在1990年代因應時代趨勢，Berkeley開始研發無線平板電腦。現今平板電腦已經成為隨時隨地可以連上網路存取雲端資料的端點裝置了。

假如感測器能夠超微化、無線化、並且可自己供應能源，我們的世界會有怎樣的改變?1995年如此問，並且預測了無線感測器網路的誕生。我們在2005年預估在2010年時無線感測器網路的市場，將佔所有感測器市場的51.5%。然而到了2010年，無線感測器網路的市場只佔所有感測器市場的4.3%，與當年預估的51.5%相差了12倍。竟是什麼原因減緩了無線感測器網路的成長速度?　關鍵在於市場未能達到經濟規模。

無線感測器網路在醫療照護產業上有諸多應用，例如生理信號感測傳輸聯網技術、生理信號連續監測與診斷 (iPhone, Android的心電圖監測)、緊急事故應變系統、復健輔助系統、老人居家照護、客製化的藥物傳導、環境安全監測等等眾多漂亮的想法。然而，若是沒有達到經濟規模，這些想法都無法付諸實踐。

2025年的願景，感測器元件可微縮化至分子等級、可以遍布所有地方，無所不在、無線聯網技術可連結上兆個裝置。此時，將標誌著無線超微感測器群落(swarm)的誕生。

現今的雲端技術，在中心運算雲的外圍，包覆了一層隨時可連結運算雲的端點裝置。未來的雲端技術，將在這些端點裝置的更外圍，佈上一層無線超微感測器群落，作為網路世界及實體世界的連結。未來將在牆壁、街道、甚至人體內嵌入這些群落網絡。這些上兆微小、無線的感測器，將改變我們如何取得我們周邊世界的信息，並提供我們與世界新的互動方式。在生物醫療上的應用，將使得遠端手術、人體感測器網路、健康狀況即時診斷、腦機介面、神經工程群落等技術成為可能。

例如，假設有一種有害的化學物質開始從一座煉油廠洩漏，未來的無線超微感測器群落可以在浴室鏡上彈出一條消息，通知附近的居民。或者如人體中的感測器，可以提供即時的膽固醇指數或心電圖的即時監測給有心臟問題的患者。在未來的電子商務中，顧客可以在虛擬世界中嘗試衣服或鞋子上所有感官立即的反饋。在路上，無線超微感測器群落可以建立完整的3D模擬觸摸，提供聲音和氣味等感官體驗的現實給人們。這也將意味著電腦的消失，人類可以與這些無線超微感測器群落直接互動(unPad世代的來臨)。

可預見的，無線超微感測器群落亦有許多目前尚待可服的困難。例如，如何提共一套完善的群落作業系統，在時間及能源限制下動態調整資源分配及需求、並用分布性控制整合異質性元件，提供安全、可靠、高效能、低能源的系統供消費者使用? 未來，聯網裝置數量將以指數快速成長，也因此我們必須盡快的找出以上問題解決的方案。

今年，在高通公司(Qualcomm)的贊助下，成立了柏克萊無線超微感測器群落研究室(The Qualcomm Swarm Lab at Berkeley)，作為孵育無線超微感測器群落應用程序和平臺開發的溫床。該實驗室佔據Cory Hall整個大廳四樓，預計不久將開始探索開發這些上兆微小的、如蟻群般合作的超微智能感測器。

我相信在20年後這些無處不在的無線超微感測器群落將取代今天的手持裝置成為現實。目前最大的障礙在於公眾對於隱私、健康及相關問題的關注。但我認為這些憂慮都可透過一些工程上的方法得以解決。我相信這是真的會徹底改變我們與世界互動的方式，以及我們彼此之間互相影響的方式。

ReferenceJan Rabaey’s presentation at 2011 NTU Medical Electronics Workshop

http://innovations.coe.berkeley.edu/vol5-issue3-apr11/bears