電子報
No. 200∣2024年4月刊
國科會 工程技術研究發展處 資工|智慧計算|微電子|電信 學門
國科會新聞
以AI與VR創新運動科技，打造專屬個人運動方程式
國科會工程處李志鵬處長(左3)、國立清華大學資訊工程系胡敏君教授(左4)與團隊合影
運動科技日新月異，國科會長期推動基礎研究及運動科技創新技術，鼓勵學界團隊與業界共同合作開發AI相關系統或產品。在國科會支持下，國立清華大學資訊工程系胡敏君教授團隊開發「AI運動影像分析與VR沉浸式訓練平台」，協助運動員進行情報蒐集與訓練，以提升技巧、戰術與決策能力。團隊所研發相關研究成果已陸續發表於多個國際頂尖會議以及IEEE Transactions on Multimedia、IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics等重要國際期刊，也獲得2021年台灣運動科技發展協會運動科技應用獎銀獎與優選。
團隊所研發的AI運動影像分析技術可從影片中即時偵測重要事件如投籃、灌籃等，並分析運動員的動作技巧與採用的戰術，幫助運動員與情蒐人員有效率地標註比賽影片內容，並破解對手的策略。此外，也可從比賽影片中重建場景和物件的三維(3D)資訊，以任意視角重播賽事的內容，幫助運動員打造沉浸式的VR模擬訓練環境，協助強化技巧與戰術的認知，進而改善運動技能。
透過分析大量賽事影片，團隊研發出各種生成式模型，以籃球為例，除了即時根據進攻者的移動軌跡生成對應的防守者移動軌跡，亦可根據運動員所設定的對手分析其過去的比賽影片，進而生成該對手採取各種動作時所對應的3D動畫，讓運動員在VR環境進行訓練時，更能模擬真實比賽會發生的情況。此外，搭配所研發的手勢辨識技術，可讓運動員在模擬訓練的過程中更直覺地與系統互動，也能完整記錄運動員面對不同狀況的動作反應與表現，有利於訓練成效的評估。
為了讓AI技術可落地到運動場域讓一般大眾都能使用，胡教授也與清大資工系朱宏國教授共同帶領學生將所研發之技術延伸成立新創公司(NeuinX)，團隊更針對行動裝置所拍攝的移動視角籃球影片，研發精準且即時的物件追蹤與投籃事件分析技術，籃球愛好者可上傳或串流自己拍攝的比賽影片，即時產生投籃事件精彩剪輯與投籃熱點分布。無論是在賽事中或是比賽結束後，AI技術都可輔助快速蒐集有意義的運動數據，甚至可製作具有擴增實境特效的精彩剪輯，進一步應用至廣告行銷，為賽事影片加值並創造更大的商業收益，並以Court Athena運動影片分析與資料視覺化平台榮獲2023年美國消費性電子展創新獎(CES 2023 Innovation Awards)。
除了籃球項目，團隊也與清華大學運動科技中心之跨校研發團隊合作，將相關技術進一步擴散應用於輔助桌球、棒球、拳擊、射箭等運動項目之情蒐與訓練。在運動領域中，不同運動項目，甚至是同一個運動項目的不同教練或運動員，都可能有很不一樣的需求，許多時候運動員或教練也無法將自己的需求表達得清晰完整。胡教授積極培養資通訊領域學生的跨域溝通素養，希望能深入地瞭解運動領域的需求痛點，開發對應的AI演算法與人機互動系統，幫助運動員知己知彼、百戰百勝。
先驅科研
資訊工程學門∣林靖茹 國立陽明交通大學 資訊工程學系教授
林靖茹教授(右3)在Intel Aisa Innovation Summit
本人致力於研發智能雲端無線接取網路之核心技術，促進5G網路技術發展，並整合軟體定義網路與人工智慧技術，著眼於雙向互利之平臺開發。本人帶領團隊研發5G協同式雲端接取網路關鍵技術，垂直整合前端後端網路技術，實現5G對「大規模裝置與高系統容量」之迫切需求。透過協同式設計，加速5G網路加值服務之部署。大規模高容量議題被視為下一世代行動通訊網路所面臨最為嚴峻的挑戰，產業界需要有效率地協同式設計來統籌管理分散式基地臺。本人在解決此問題的過程中，開創性地為行動通訊產業引入雲端接取網路（Cloud-RAN），利用後端核心網路運算資源，整合分散式遠端無線電站，設計協同式多天線系統，藉由雲端接取網路架構的開發與技術提升，方能在有限的資源與部署成本下，將現有4G網路架構在短時間內升級為5G系統，以因應用戶對於高頻寬之需求。此外，本人開創新型態智能網路架構，結合深度學習與軟體定義網路兩項技術，互惠互利優化彼此效能。舊有軟體定義網路設計雖提供彈性資料轉送服務，但交換機仍僅能遵照控制臺所安裝的規則來轉送資料，因此仍無法跳脫傳統網路協定的資料交換思維。本人研究如何賦予網路智慧運算能力，設計一套真正具備人工智慧能力的智慧軟體定義網路（AI-SDN），讓交換機不只能做為資料傳輸平臺，更能透過即時的模型預測，讓網路架構不再侷限於裝置串連，亦能提供智慧運算與服務。
資訊工程學門∣修丕承 中央研究院 資訊科技創新研究中心研究員
修丕承研究員的研究主題示意圖
本人的研究希冀實現「間歇性智慧物聯網系統」，使物聯網裝置靠環境中不穩定的電源，間歇性地執行深度學習模型，無須安裝電池而永續運作。希望在促進邊緣智能創新的同時，兼顧環境的永續發展。從2016年開始，我帶領團隊發展間歇性智慧物聯網系統的基礎建設，經過多年撰寫上萬行程式碼，開發了一系列的系統軟體與工具，以協助程序人員快速開發低成本的間歇性智慧物聯網應用。基於FreeRTOS，開源了第一個間歇性作業系統，首度允許多個間歇性程序並行，此突破使得複雜的間歇性應用逐漸變得可能。然後，提出了推論足跡的概念，克服了目前實現間歇性計算方法上的侷限性，並開源了支援硬體加速的間歇性深度學習推論引擎和函式庫。接著，率先將間歇性系統的行為引進神經網路架構搜尋，提出設計通則，並開源了一套設計自動化工具。學理基礎發表了一系列學術論文於嵌入式系統領域最受重視的國際會議和期刊。此研究構想獲得「2019傑出人才發展基金會年輕學者創新獎」。隨後，我也獲得「2019潘文淵考察研究獎」資助前往美國匹茲堡大學進行學術交流，有助於加速此研究議題的進展。自2019年起，成果連續三年獲得軟硬體協同設計最重要的國際會議IEEE/ACM CODES+ISSS提名最佳論文獎，其中2020與2021年更獲最佳論文獎。2022年，團隊獲得ACM SIGDA與IEEE CEDA共同邀請，於「The Best of EDA Research in 2021」線上研討會發表成果。在在顯示此研究議題逐漸受到同領域學者的關注。
智慧計算學門∣陳信希 國立臺灣大學 資訊工程學系暨研究所教授
陳信希教授研究海報/與總統蔡英文合影
我在國立臺灣大學服務40年，自然語言處理和資訊檢索是我從事教學和研究的兩大領域。如何讓電腦具有人的智慧，能說、聽、讀、寫、理解人的語言、和人類溝通，一直是我長久以來努力的目標。走過自然語言處理理論和實驗導向的階段（1985-1995）、經歷統計式方法主宰研究的時期（1995-2005）、感受到自然語言處理從頭開始的深度學習震撼（2005-2015）、到大語言模型的崛起（2015- 現在）及ChatGPT 2022年於11月30日推出後在全球帶來的風潮。自然語言處理已經不再僅是學術研究的一個領域，而是深深影響人類的生活。我們感受到電腦通過圖靈測試的考驗，已經具有人的語言能力，在與人類進行對話時，不被識別出是電腦。我們深深體會合乎道德倫理、不能有偏見、可以解釋、可以信賴是人工智慧研究重要守則。
在77年前人類就有一個夢想：以電腦做為人類記憶的延伸，個人可以將生活紀錄存放在電腦中，適時適地的運用。Memex是一個假想的生活紀錄裝置，1945年發表於《The Atlantic》期刊，與第一部電腦ENIAC公開的時間相同。近十幾年來，社群媒體平臺興起、穿戴式裝置普及化，人們可以隨時隨地記錄生活，無形中建立個人大數據，讓這個理想有機會成真。本人在國科會支持下執行的計畫：人工智慧於年長者社交心智活動之協助，有系統地提出生活紀錄探勘與資訊回想10 個重要問題，引領這個領域的發展。數字是人們表達概念的重要資訊，存在於不同型態的文本中。本人在國科會計畫：高效性多面向大數據分析技術及經濟與商務趨勢預測系統之研發，有系統地進行數字理解系列研究，並應用於金融科技領域。首先對財務推文進行細粒度分析，接著將財務推文數字理解運用於群眾意見細粒度預測，進而探討數字和附屬標的間之關係，藉以摘要群眾的意見以模擬專業分析師。了解言談過程所引發的感覺與知覺，是言談感知人類語言技術研究的目標，言談可以是書面語所描述的情境，也可以是口語在特定主題下雙方（或多方）相互問答應對的對話。研究上強調為什麼、因果關係、説服力等要素，所探勘或挖掘的資訊是否可以解釋、是否具有足夠的合理性與說服力，是應用時必須思考的問題。本人於國科會支持下展開回應國家重大挑戰之人工智慧主題研究專案，提出人工智慧專案計畫：針對適用於智慧服務的可信賴AI先進技術，進行一系列研究。
智慧計算學門∣陳炳宇 國立臺灣大學 創新設計學院教授
陳炳宇教授研究主題示意圖
我們近年的研究主要集中在人機互動（Human-Computer Interaction, HCI）的相關領域。人機互動雖然在國外已是一個相當重要的跨域研究領域，但國內的學者在早期投入相對較少。有鑑於世界各國近年對於人機互動的日漸重視，我們約於10年前開始投入，並以社群方式開創及帶動國內在人機互動領域的研究風氣。同時並積極地與世界接軌，以提升臺灣在人機互動國際社群中的學術地位、能見度和影響力，以培育具有世界觀的跨域未來人才。具體的研究方向及成果，主要則是利用軟硬整合技術，幫助使用者在虛實環境之間進行互動操控。其中包括利用不同的材料、訊號偵測分析技術及機構設計，以探索及實現觸覺回饋介面、設計並實作協助設計師及一般使用者的各項輔助設計系統，以及協助視障者的各項工具。這些研究成果能夠協助不同族群的使用者，使其以更方便及更自然的方式使用機器、電腦、手機、機器人等不同的資通訊裝置，甚至是無實體形體的人工智慧（Artificial Intelligent, AI），助益及貢獻甚大。
微電子工程學門∣柯明道 國立陽明交通大學 電子研究所教授
柯明道教授(左1)成功解決靜電放電（ESD）經常造成積體電路內部損傷的棘手問題
本人鑽研積體電路與微電子系統可靠度設計技術，所研發之創新技術累計已獲證美國專利244 件以及中華民國發明專利222件，已發表國際專業學術論文（期刊論文+國際研討會論文）累計達610篇，並持續增加中，於專業技術領域所累計發表之論文數量與質量居國際領先地位。本人首創提出全晶片（whole-chip）靜電放電防護設計方法，成功解決靜電放電（ESD）經常造成積體電路內部損傷的棘手問題，藉由主動偵測並導引ESD電流的釋放，利用電路設計的方法來大幅提升積體電路的ESD防護能力。本人與團隊協助多家半導體公司與積體電路設計公司解決積體電路產品之ESD防護與可靠度問題。大家所使用到的電子產品，其內部積體電路皆已使用本人所研發的ESD防護技術。除了ESD防護技術之外，本人亦從事其他項目之研究，包括積體電路暫態觸發閉鎖效應與防治技術（Latchup prevention）以及神經調控生醫應用之積體電路設計（Integrated circuits for bio-medical neuro-modulation），這些應用都需要特別注重可靠度的議題。本人並創設「台灣靜電放電防護工程學會」來協助積體電路與半導體產業提升靜電放電防護知識與設計能力，長期協助國內外廠商解決電子產品可靠度的技術難題，研發成果對電子產業具有重大貢獻。
微電子工程學門∣蘇彬 國立陽明交通大學 電子研究所教授
蘇彬教授研究主題示意圖
本人主要從事鐵電負電容場效電晶體（Negative-Capacitance FET, NCFET）以及鐵電電晶體非揮發性記憶體（Ferroelectric-FET Nonvolatile Memory, FeFET NVM）之相關研究。鐵電電晶體是一種能夠運算與記憶之元件，此融合記憶與運算功能且相容於當今CMOS技術之獨特元件，極有利於未來以資料為核心之運算。近5年（2017/08 ～ 2022/07）之學術著作（16 篇IEEE期刊論文以及2篇IEDM頂尖會議論文）關注重點為：鐵電負電容電晶體微縮物理模型及獨特反饋機制、鐵電電晶體非揮發性記憶體元件設計與微縮分析、反鐵電運作機制與動態模型、鐵電元件創新電路與運算等議題。由於研究團隊在負電容電晶體之系列研究獲得國際高度重視，本人曾獲邀於2019年國際頂尖電子元件會議IEDM發表相關專題演講與論文。本人關於鐵電電晶體創新電路之研究亦獲得IEEE Electron Devices Society 2020 Leo Esaki Award。此獎項全球每年只選出一件，這是臺灣研究團隊第一次獲得此重要獎項。本人目前擔任Å世代前瞻半導體計畫「次奈米節點鐵電電晶體關鍵技術：鐵電反鐵電材料與物理、低能耗邏輯與記憶體元件及其高效能運算」總主持人，已建立一跨校鐵電研究團隊，希望能對臺灣半導體未來有所貢獻。
電信工程學門∣洪樂文 國立清華大學 通訊工程研究所教授
洪樂文教授研究主題示意圖
本團隊近年研究著重在人工智慧通訊、無人機通訊以及物聯網之分散式訊號處理。在人工智慧通訊方面，我們研究如何利用人工智慧技術來解決傳統通訊系統難以克服的問題，並提出相對應的無線通訊演算法。此外，我們也提出可支援未來人工智慧應用的通訊網路架構，在智慧化應用快速普及的今日，有效處理可能衍生的巨大網路流量。在無人機通訊方面，我們利用無人機做為動態基地臺或中繼站，以協助提升地面使用者的服務品質，並提出由多架無人機共組天線陣列的創新概念，設計其軌跡學習、無人機分群和用戶換手的機制。此外，我們也利用無人機做為廣域物聯網的動態資料收集點，以減少感測器資料上傳所需的能耗。在單一無人機的情境中，我們提出可最小化資料重建誤差的飛行軌跡設計；在多臺無人機的系統中，則提出無人機的聯合布建和飛行策略，以及可考量飛行軌跡預測的動態路由機制。本團隊在無人機通訊的研究綜合底層通訊和上層網路的考量進行跨層次的機制設計，以提升系統整體效率。在物聯網的研究中，本團隊過去也發展了一系列應用於分散式偵測、分散式估計以及資料擷取的跨層次傳輸控制技術。近年來更利用壓縮感知技術設計有效的分散式資料儲存和重建技術。我們更提出網路內學習的嶄新概念，讓僅具有限運算能力的感測裝置能夠透過相互合作，共同組成等效大型的類神經網路。上述人工智慧通訊、無人機通訊以及物聯網的研究，皆是展望下世代行動通訊的重要技術。
電信工程學門∣張盛富 國立中正大學 電信研究中心教授
張盛富教授研究主題示意圖
我的研究歷程可依題材分為五項：一、射頻收發模板：1994年剛進入學界，一開始於中正電機系建立無線訊實驗室，一點一滴，從射頻元件到收發機模板。2003年，使用SMD元件，努力地實現2.5/5.2 GHz雙頻的WiFi RF Transceiver。當時，IEEE MTT期刊的評審意見表示這是一個創新的設計法，突破當時的技術水準。二、微波晶片：射頻收發模板的研究雖然有趣，但是板子太大，缺乏實用性。1996年，我學習設計GaAs、CMOS微波晶片，研究10年之久，做出一些堪用的微波/毫米波晶片、波束成形晶片。三、喉語傳音和隔空把脈：2005年是研究歷程的一大轉變。我開始進行軟硬體整合的電磁系統。第一個題目是生醫的應用。我和系上一位剛從美國回臺的張嘉展教授，將電磁波的Doppler shift效應，應用於量測生理質素。隔空偵測講話時的聲帶振動訊號（@2010 IEEE TMTT）。也能隔空感應呼吸和心跳訊號隔空把脈（@2010 IEEE IMS）。這項技術不需在人體內植入晶片，也不需穿戴晶片。四、微創手術的電磁定位：我和系上張嘉展、林士程教授及博碩生一起研發脊椎微創手術的定位技術。花費4年，突破世界生醫器材大廠的專利，運用雷達的相位追蹤技術（@2020 TMTT）完成了PoC雛型。在手術床上方1.5 m處，進行脊椎的骨釘和手術刀三維定位，誤差小於2 mm。五、電磁智慧面：大自然中的電磁波原本是無拘無束地自由傳播，當電磁波受到地形、地物、人造物的遮蔽和散射，會形成暗區。在暗區裏，無線通訊失去功能。為了讓電磁波無孔不入、無遠弗屆，從2017年起，我和中正大學師生們一起研發電磁智慧面，運用電磁波本具的反射、透射、和繞行特性，為電磁波指出新的路徑，讓暗區重見電磁波。
競賽訊息
國立成功大學敏求智慧運算學院第二屆「智慧運算創新應用」專題實作競賽