科技部工程司控制工程學門

108年度科技部傑出研究獎得獎人

吳炳飛講座教授：

教不在巧，有心則靈；研不在深，有用則名

文/圖：吳炳飛   人像攝影：鄭憶雯    網頁編輯：張萬珍

吳炳飛講座教授

簡歷

姓名：吳炳飛

最高學歷：美國南加州大學 電機工程學系 博士

經歷(部分)：

• 國立交通大學 講座教授
• 國立交通大學 電控工程研究所  所長
• 科技部工程司 控制工程學門 召集人
• 科技部工程司「自駕車次系統關鍵技術研發專案計畫」召集人
• 鉅怡智慧(股)公司 創辦人
• 同致電子(股)公司 獨立董事
• 中華民國系統學會 理事長
• Associate Editor, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems
• Chair, Technical Committee on Intelligent Transportation Systems, IEEE Systems, Man, and Cybernetics Society
• Founding Chair, Taipei Chapter, IEEE Systems, Man, and Cybernetics Society

研究專長

• 影像辨識
• 智慧型控制
• 智慧型運輸系統
• 數位生醫

我用第一人稱述說，希望能拉近與讀者的距離。我大學就讀國立交通大學(以下簡稱：交大)控制工程學系，畢業後考上第一屆交大控制工程研究所。1992年回國在交大任教，1998年升為教授，2010年獲聘為首屆特聘教授，2020年獲聘講座教授迄今。經歷方面，幾個比較有代表性的職務是：擔任國立交通大學電控工程研究所所長、科技部工程司控制工程學門召集人、科技部工程司「自駕車次系統關鍵技術研發專案計畫」召集人、鉅怡智慧(股)公司創辦人、中華民國系統學會理事長、IEEE Systems, Man, and Cybernetics Society智慧型運輸系統技術委員會主席與台北支會的創會主席。

開發台灣第一輛具長程實路經驗的自動駕駛的智慧車

我在2002年起執行教育部學術卓越計畫：「下世紀人性化智慧型運輸系統(ITS)」。最重要的代表作之一是開發台灣第一輛具長程實路經驗的自動駕駛的智慧車，整合智慧型控制、影像辨識、與人工智慧技術，TAIWAN iTS-1，2400cc的Mitsubishi Savrin，如下圖。

吳炳飛教授研究團隊開發台灣第一輛具長程實路經驗的自動駕駛的智慧車，

整合智慧型控制、影像辨識、與人工智慧技術，TAIWAN iTS-1，2400cc的Mitsubishi Savrin，

這項成果讓台灣躋身國際智慧車研究與車用電子領域。本研究最難處在整合繁雜的heterogeneous系統，此項研究成果成功完成國道1、國道3、市區與快速道路等實路測試。TAIWAN iTS-1領先世界各國智慧車研究亮點之一是具有滿足ISO2631-1規範的駕駛員舒適度功能(目前國際自動駕駛車也沒有的設計); 我們將規範化為智慧控制的問題，車上的人員不會因電腦控制自動駕駛而不舒服或受傷，讓車輛自動駕駛時，也能兼顧車上人員的健康與舒適。

在研發智慧車的過程中，看到車用電子會是主要藍海市場，台灣應該應用我國在資通科技產業的優勢，積極切入車用電子市場，所以開發系列「即時全方位主動式影像辨識車輛安全技術」，透過技術移轉與產學合作重要車用電子廠商華晶電子與重要法人單位，帶動台灣影像式車輛主動安全產業，並獲國科會「傑出技術移轉貢獻獎」、經濟部「國家發明創作獎」與徐有庠先生紀念基金會「有庠科技發明獎」。

在國際學術活動與研究方面，我除了積極參與國際期刊編輯委員會及擔任國際學術會議的重要職務外，2003年創立IEEE Systems, Man and Cybernetics Society(SMCS) Taipei Chapter，並擔任Founding Chair，增加台灣系統工程學在國際上的能見度。長期浸淫在智慧型運輸系統的傑出學術成就與專業技術的貢獻，2011年被IEEE SMCS選任為ITS Technical Committee Chair，提升我國在ITS研究的國際學術地位。2012年我第一次被提名即獲晉升為IEEE Fellow，表彰個人在ITS方面的研究成果，獲得國際學術界與產業的肯定。IEEE給我的Fellow citation為 "for contributions to intelligent transportation and multimedia systems"。我在帶領大型ITS計畫與智慧車主動式車輛安全學術理論創新成效，而獲科技部「傑出研究獎」與獎勵全球傑出華裔學者的潘文淵文教基金會「研究傑出獎」。

具有智慧人臉辨識與情緒辨識的影像式生理資訊量測技術

近年研究將人工智慧視覺系統導向智慧醫療的應用。市面上多數監控心跳之產品，多做成穿戴式電子手環，以接觸皮膚的方式量測生理訊號，例如駕駛座的方向盤式或者椅背式ECG等。此類接觸式量測產品使用上，必須將皮膚緊貼於感測器，若其間有空隙或滑動，則無法準確量測心跳。而非接觸式量測，則以影像偵測臉部血液流動的變化，進而擷取出心跳數值，此法不僅可降低對使用者要記得穿戴手環的不方便及運動時的不準確干擾，且量測使用上較為彈性。另一最重要的代表作是開發「具有智慧人臉辨識與情緒辨識的影像式生理資訊量測技術」，以一支攝影機，克服應用上最核心問題：晃動與光影變化，同時量測心跳、血壓與心率變異的智慧生理資訊技術。本技術以影像偵測方式達成此三種生理資訊量測整合之技術獨步全球，目前市面上尚未有任產品利用非接觸的方式，針對多種生理資訊進行偵測與整合，已達到實用階段。

生理資訊不能張冠李戴，本技術亦包含一個高速人臉辨識系統，以免誤植生理資訊。有別於一般人臉辨識系統要將臉部固定在攝影機前不動數秒鐘，本技術的人臉辨識系統不限制臉部的角度，同時具有表情偵測功能，在應用面上更具競爭力。我的技術在2016年獲得科技部旗艦計畫「新型態產學研鏈結計畫---價值創造計畫」(簡稱：價創計畫)補助。價創計畫由2016年開始，結合學界及研究機構之研發能量，配合具國際鏈結與創業經驗之專業人士的輔導能力，讓產學研合作研發成果能落實於產業應用，提升研發成果商業化之可行性，計畫KPI是最終產生具市場價值之衍生新創公司。價創計畫與一般產學計畫很不一樣之處在於技術商品化。一般產學計畫與產業合作後，技術或許一半或根本是別人的智慧財產，技術移轉後，多半產業要不沒研發人員接手，要不是測有許多實驗室沒測到的問題，技術較少商品化。價創計畫鼓勵教授的技術「自己生，自己養」，所以補助金額很高，可以聘專職有經驗的業界高手來完成技術商品化的最後一哩路。也因計畫補助經費很高，所以價創計畫通過率很低。為了完成價創計畫KPI，我們向聯發科BU展示技術亮點，說服投資部份可行的商業模式，來回數次的嚴苛質詢，才成功獲聯發科募資入股，並成立新創公司：鉅怡智慧股份有限公司(FaceHeart Inc.)。科技部「未來科技突破獎」2017年設立，鼓勵科研成果進軍全球市場、強化國際鏈結，評選標準非常嚴苛，技術必須同時有科學突破性與產業應用性。技術本身要「與國際Benchmark比較，該技術於全球具有領先性排名之領航地位」與「該技術與市場需求相容，能創造未來經濟效益」。本計畫成果在此嚴苛標準下，連獲2018/2019科技部「未來科技突破獎」、2019年科技部「傑出研究獎」與2020年科技部「傑出技術移轉貢獻獎」。

研發技術的使用狀況

我們都有過這樣的經驗，當我們身體不舒服的時候，會到醫院去就診。一般時候，在就診的當下，病痛可能已經過去了，所以醫生在詢問病痛史或心跳血壓等資訊的時候，我們也無法很明確的告知當時的狀況，醫生也只能請我們回去，叮嚀要隨時量血壓與心跳，讓他/她下次有客觀數據可以判斷。但我們回去以後，因為身體無恙，就會忘了量測生理資訊這件事，一直到下次再發生同樣狀況的時候，又回到醫院，又沒有資料。同樣的故事，就會不斷的重複著。因為要隨時記得量生理資訊，不是我們熟悉的生活模式，要解決此問題，如果可以隨時監控著我們的健康狀況，可以在不影響我們的生活步調與習慣的情況下，就把我們的重要生理資訊量測的出來，並且在我們的授權之下，提供個人平時就已經紀錄的生理資訊給醫院，讓醫生做為疾病診斷的輔助參考。那不就是一般的穿戴式的健康手環就可以做到的事嗎? 市面上多數監控心跳之產品，多做成穿戴式電子手環，以接觸皮膚的方式量測生理訊號，此類接觸式量測產品使用上，必須將皮膚緊貼於感測器，若其間有空隙或滑動，則無法準確量測心跳。

我們希望隨時能夠做生理資訊的量測，但是又不希望為了量測生理資訊，卻干擾到我們平常的生活習慣，或是要刻意記得某一些步驟，例如一定要記得把手環帶上，或與手機的連線是否還在;且又要兼顧到各個年齡層使用者的方便性，而且還要量測的資訊是正確的，一般穿戴式的健康手環在手動的狀況下，不易量得資訊。最後更重要的是，量到的生理資訊不能夠張冠李戴，不能把爺爺的健康資料，記錄在奶奶的檔案上。穿戴式的健康手環無法解決此最重要的個人隱私問題。

簡單的歸納，我們希望解決的生理資訊量測的問題：第一是便利性(很容易就可以監控生理狀況)，第二是不變性(不改變生活習慣)，第三是正確性(量測的資料有一定的參考價值)，第四是唯一性(甲的生理資訊不會被記錄成乙)。

在思考解決這個問題的時候，我們想到的是:有沒有一種技術，可以在不知不覺中，將我們的生理資訊量測出來，我們不用記錄任何的操作步驟也無需要做很多的步驟，才能夠使用這套系統，也不用擔心量到的生理資訊會被張冠李戴，希望使用這項技術，不用改變平常的生活習慣，也就是說「好的技術應該感覺不到它的存在，但卻解決了我們的問題」。

應用情境

使用情境示意圖

我們在家裡的活動空間，最常用的就是盥洗室與客廳。我們可以想像家庭裡面應用的情境。客廳的情境則會出現爺爺奶奶與孫子們一起快樂在看電視，如平常一樣，只要把電視機電源打開，這是我們已經習慣了的操作，不用再增加額外的按鍵。當電源啟動以後，生理量測系統也自動透過攝影機可以辨識坐在沙發椅上面的家庭成員，是爺爺還是奶奶，是爸爸還是媽媽，是孫子還是孫女。大家還是如平常看電視般的追劇，看卡通，大笑，晃動都不影響，所有家庭成員的生理資訊在歡樂中也同時被記錄下來。這些資訊經過後台健康大數據分析後，如果健康資訊出現異樣，系統也可以提出警訊，建議家庭的成員，要提高注意或到醫院去就診。到了醫院以後，醫生如果需要過去的健康資訊，則可以透過人臉辨識，將私有雲的資料傳到醫生的電腦裡面，達到全面照護家庭成員健康的目的。可以注意到，我們並沒有做任何的按鍵操作或是記得系統應該如何啟動，一切就這麼自然，只要我們接近鏡面，所有的動作全部都自動化做完而且把量測到的生理資訊，放到家裡的私有雲儲存家人的健康資料。

人才培育：一個都不能少

作為一位大學教師，除了學術研究外，人才培育才是我們最重要本分。我認為好的研究團隊，對研究創新有如虎添翼的助益，而好的研究團隊在大學必須靠教學與輔導傳承。我在教學上所花的功夫之重不亞於研究的深度，也將多年的教學與研究心得，寫成三本教學書籍(授權全華圖書公司出版)與製作2門基礎課程數位教學教材(授權交大出版社出版)。我認為「身為大學老師，最高興的事情應該是因為我們的存在，讓學生在學習與成就上獲得正面的影響」。我在交大獲得三次「傑出教學獎」，教學事蹟列入交通大學發展館表揚，並獲聘為交通大學「榮譽教學教師」。有鑑於「經師易當，人師難為」，我的教學理念是「一個都不能少」。特別是學習遇到瓶頸的學生，才是老師發揮教學功力展現的機會，這是我最引以為傲的成就，個人也曾榮獲101年第一屆「星雲教育獎」及106年教育部「師鐸獎」。

我在學生輔導上盡心盡力拿到交通大學三次績效特優導師，而於99年獲聘為交通大學「榮譽導師」。我在學生輔導上有兩個輔導成功個案。第一案是學生有嚴重幻聽症，嚴重時也會認為旁邊的同學在指責他或要攻擊他，因而曾發生不愉快的事。我以己身的身障例子鼓舞該生，由治療中浴火重生。第二案是一個生活無憂無慮醉心於社團的學生，曾任國樂社社長。該生在國樂上下了一番功夫，卻將學業放在一邊，弄到差點無法畢業。幸好兩案最後都是得到圓滿的結局，也得到家長的感謝。

「教不在巧，有心則靈；研不在深，有用則名」是我從事教學與研究工作二十餘載，一直奉行的16字理念。我雖沒有教育理論基礎，但卻重視教育實踐！由課堂或實驗室學生的迴授與反應，將教學與研究工作，以自己的教育理念，調適到自己能做到人才培育的optimal solution。我認為：當老師最重要的事，就是將學生教好，培育成為社會有用的優質人才。經世治學，不就是我輩學者該做之事？電機系是十足應用科學的系，我認為應用科學的教學與研究必須與產業結合，提升國家及產業人力素質。藉由研究，協助產業發展明天所要的技術或突破當前所需技術，將研究能量用在解決問題上，以提升國家競爭力；藉由教學，將學生教成具有思考與解決問題能力的社會支柱，強化教育與產業之連結，正是應用工程系所的大學教授責無旁貸的責任。大學教授的教學與研究，無一能廢，無一能偏。教而不研，內容就會顯舊；研而不教，就不適合當大學教師。

人工智慧(Artificial Intelligence, AI)時代的來臨，跨領域的應用正是AI的舞台。智慧型系統產業的人才急迫需要，人才培育方式已不能再像傳統在課堂上的教與學了。培育方式除了藉由產學研究計畫與科技競賽歷練外，短時間積極腦力激盪的黑客松競賽，加入市場概念的創新創業競賽，更是一種全新的體驗，相對於課堂上的學習可說是一項新的嘗試。參與國際競賽則是另一種快速擴增視野的機會。下圖是2017年4月時，我實驗室學生們到MIT參加2017 MIT Hacking Medicine，打國際賽，竟也讓我們國旗在螢幕中飄揚。

2017年4月時，吳炳飛教授實驗室學生們到MIT參加2017 MIT Hacking Medicine，打國際賽

我比較特別的是培育人才不僅限於學生而已，同時也升級培育教授級的人才參與國際學術社會。我獲得科技部「領袖學者助攻方案-沙克爾頓計畫」的贊助，負責帶領幾個年輕的大學教授，希望藉由我在國際上的人脈與學術的地位，能夠拉拔年輕的教授，參與國際學會的組織和學術期刊的編審工作或提升為會士(Fellow)，有助於提升我國學術界的國際曝光度與能量。本計畫將從三個面向：訪問國際傑出學者參與研修面、國際專業學會與頂級學術期刊面、國際自駕車產業鏈之建構與相關技術之合作面來助攻飆馬(年輕學者)，使其變成千里馬，再協助其牽線伯樂，達成領袖助攻方案之目的。