傳感器全面擁抱AI，讓推理部署到更邊緣側(cè)

隨著最近LLM的流行，帶火了AI的概念。而一個(gè)“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(yùn)行一些簡單的AI運(yùn)算。這樣將整個(gè)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(yīng)，同時(shí)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(yùn)算的功能，并且實(shí)現(xiàn)了諸多終端應(yīng)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(shì)展望研討會(huì)在深圳召開，Bosch Sensortec GmbH 高級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師皇甫杰在會(huì)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(jìn)：從基礎(chǔ)感知到AI集成

傳感器的演進(jìn)，可以大致分為三個(gè)階段。從早期2000年初，傳感器的作用就是一個(gè)物理信號(hào)的檢測(cè)，檢測(cè)物理信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)成一個(gè)電信號(hào)提供出來，相對(duì)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(shí)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?yàn)楝F(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(shí)現(xiàn)AI算法的運(yùn)行。所以在整個(gè)過程中，傳感器這個(gè)單一的硬件慢慢承載了更多的任務(wù)，去做更智能的應(yīng)用場(chǎng)景。

傳統(tǒng)的AI方案整個(gè)架構(gòu)中，成千上萬的硬件傳感器，承載的就是一個(gè)信號(hào)的傳遞的功能，它通過通過無線的方式把采集的物理信號(hào)傳遞到網(wǎng)絡(luò)端，網(wǎng)絡(luò)端收到成百上千甚至上萬個(gè)傳感器的信號(hào)之后，可以對(duì)大數(shù)據(jù)做建模，在云端提供一些智能的響應(yīng)、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?yàn)閭鞲衅髦灰梢粋€(gè)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(yùn)算，有諸多好處。一是可以在器件端做定制化或者個(gè)性化，對(duì)每個(gè)用戶做一個(gè)適配，讓傳感器識(shí)別精度適應(yīng)到每一個(gè)獨(dú)立的用戶，而不是說一個(gè)算法應(yīng)用到所有用戶，因?yàn)橛脩羰怯胁町惖?。所以這是第一個(gè)優(yōu)勢(shì)。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(shè)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(shí)時(shí)響應(yīng)。無需將數(shù)據(jù)上傳云端，再反饋到設(shè)備端，中間的過程直接忽略掉，直接在器件里面做響應(yīng)，所以整個(gè)響應(yīng)速度會(huì)更快。第四，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日常使用時(shí)間。

BHI380：ACC+陀螺儀二合一

BHI380是博世最新推出的一款I(lǐng)MU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(shì)：第一，緊湊的尺寸可以方便集成到各種各樣的消費(fèi)類電子產(chǎn)品里面；第二就是功耗非常低，因?yàn)槠鋬?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(shí)候，保證功耗大概幾百個(gè)微安的級(jí)別。第三，該處理器在出廠的時(shí)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(huì)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(kuò)展性。

據(jù)悉，BHI380的應(yīng)用場(chǎng)景包括TWS耳機(jī)、手勢(shì)識(shí)別、人機(jī)交互、步行導(dǎo)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(guān)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)相關(guān)算法在里面，用戶可以在日常使用過程中，做一些健身的動(dòng)作，支持用戶自定義，或者用內(nèi)部自帶的動(dòng)作。該器件可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)不同健身項(xiàng)目的無縫切換，不需要用戶去干預(yù)手表，或者需要做不同的健身動(dòng)作的時(shí)候，在手表上做特定的設(shè)置。設(shè)備可以自動(dòng)檢測(cè)用戶當(dāng)前在做什么動(dòng)作，然后用戶做了多少次，這樣的話用戶可以在做動(dòng)作的時(shí)候不參與任何干預(yù)，讓整個(gè)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(jī)應(yīng)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(cè)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(biāo)氣體發(fā)生還原反應(yīng)。在不同的溫度點(diǎn)的時(shí)候，還原反應(yīng)的特征不一樣。所以通過采集多個(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，捕捉到之后就可以做區(qū)分?！氨热缬腥齻€(gè)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(diǎn)，它的傳感器報(bào)出來的電阻值做特征的模型建立?！被矢芙忉尩健?

對(duì)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(xué)習(xí)開發(fā)工具，用戶可以基于這個(gè)工具去做應(yīng)用場(chǎng)景的定制。

舉例而言，BME688可以檢測(cè)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(cè)某一種咖啡的氣味，就可以基于咖啡的目標(biāo)氣體，讓傳感器去采集目標(biāo)氣體的信號(hào)。數(shù)據(jù)收集到了之后，在PC端有一個(gè)對(duì)應(yīng)的簡化工具，可以讓用戶基于采集到的目標(biāo)氣體的傳感器信號(hào)，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，去對(duì)這種目標(biāo)氣體做識(shí)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(hào)，在真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景的時(shí)候可以做功能的檢測(cè)。

而譬如森林野火、有害氣體檢測(cè)、嬰兒尿片檢測(cè)、冰箱里食品新鮮程度檢測(cè)、室外空氣指數(shù)檢測(cè)等場(chǎng)景，BME688都可以發(fā)揮其價(jià)值。

BMP581：感知每一級(jí)臺(tái)階的氣壓變化

BMP581是博世最新推出的氣壓傳感器，可以進(jìn)行坐標(biāo)、海拔、運(yùn)動(dòng)等多種場(chǎng)景的檢測(cè)應(yīng)用。

皇甫杰表示，BMP581有一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)采集的demo，是走樓梯的時(shí)候采集到的氣壓計(jì)的變化。藍(lán)色的是最新的BMP 581的數(shù)據(jù)，走到每一個(gè)臺(tái)階，氣壓計(jì)的數(shù)據(jù)變化跟臺(tái)階是一對(duì)一的?？梢员砻魉膫鞲衅髟肼暫蛿?shù)據(jù)是精度非常高的。

其實(shí)氣壓計(jì)涉及到的應(yīng)用案例非常多，最為常見的有三類：一是配合GPS做高度的識(shí)別，因?yàn)镚PS可能只是XY兩個(gè)方向的識(shí)別，加上氣壓計(jì)還有高度的識(shí)別。二是卡路里計(jì)算和跌倒檢測(cè)，因?yàn)樵谑直硎謾C(jī)里面，一個(gè)人跌倒時(shí)的高度變化可以通過氣壓計(jì)完全識(shí)別出來。三是掃地機(jī)或者掃地機(jī)器人里面的堵塞檢測(cè)，也可以通過氣壓計(jì)來識(shí)別，因?yàn)橐坏┒氯瑲鈮簳?huì)跟外界大氣壓有明顯變化，也可以通過氣壓計(jì)來識(shí)別。

據(jù)皇甫杰分享，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，比如說用戶在佩戴智能耳機(jī)，氣壓計(jì)在做俯臥撐的時(shí)候，可以檢測(cè)用戶貼到地面或者撐起來的時(shí)候高度的變化，來識(shí)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(fèi)領(lǐng)域，包括手機(jī)、穿戴產(chǎn)品，再到現(xiàn)在的IoT設(shè)備等。而據(jù)Yole的報(bào)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(fù)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(huì)推動(dòng)博世的傳感器業(yè)務(wù)進(jìn)一步加速發(fā)展。