從電腦到平板電腦、智慧型手機,從實體儲存到雲端服務,甚至近幾年高速發展的人工智慧、區塊鏈、機器人技術、虛擬實境、擴增實境、物聯網等,這些數位科技的演進,不但改變了人們日常溝通和運用時間的方式,更促使人們發展出新的商業模式、產品、技術和服務,進而對社會和整體經濟產生影響。
其中,有許多產業陸續進行著數位轉型,例如:電子商務和行動購物的趨勢興起,改變零售業中經營者和消費者的關係;遠距醫療、遠端病患監護、電子健康紀錄和數據分析等技術與服務,促使醫療保健業的經營更加便利和有效率;金融科技公司利用行動銀行應用程式、線上借貸平台和區塊鏈等技術,顛覆傳統銀行和金融服務;工業物聯網的建立,從而實現即時監控和分析的目標,其產生的相關數據可用於優化生產過程和提高產品質量,進而改變了傳統製造業;從線上學習平台到虛擬實境教室,讓教育變得更加便利和個人化,學生可以按照自己的節奏和合適方式來學習。
簡而言之,數位化無所不在,充分顯示出人們已身處在「數位賦權」時代。
全球數位轉型的技術與研發
「數位賦權」主題涉及的領域相當廣泛且多面向,無法在這裡完整說明,因此本篇文章中將從芬蘭科技研究院的角度切入,專注於技術方面的說明。
微電子學與光子學
「微電子學」是數位轉型中一個重要的技術領域,涉及製造和使用非常小的電子元件。譬如其中的積體電路或晶片,是微小的電子電路,由大量電子元件組成,如晶體管、電阻器和電容器,全部嵌入到單一的半導體材料(通常是矽)上。這使得複雜的電子功能可以在極小的空間內實現,發揮更快、更高效的功能,也成為現代電子產品(例如:筆記型電腦、智慧型手機、醫療設備、汽車等)中不可或缺的組成零件。
至於「光子學」,是一種利用光子(光的粒子)而非電子來傳輸和處理資訊的技術。相對於電子,光子能夠以更快、更遠的速度傳輸,且能量損失較小,這使得光子學成為開發更快速且更高效通訊系統的前景技術。其中,光子積體電路和晶片的發展,可以進行多項革命性的應用,像是從光通訊和量子計算、醫學影像、氣體感測和自動駕駛車輛等。
而芬蘭科技研究院則在這兩個議題中,特別專注於以下領域的研發:
- 微機電系統(MEMS)感測器的新材料和裝置。
- 利用互補式金屬氧化物半導體(CMOS)整合的新型運算架構,用於邊緣運算。
- 用於6G的矽光子學和射頻微機電濾波器。
- 量子裝置。
嵌入系統的方法與應用
電子系統除了可以建立在傳統的硬性或柔性印刷電路板(PCBs)上之外,也可以直接製造並嵌入到更大的結構中,例如玻璃窗內部、地板層壓板、塑料機械或紡織品,以此創造出減輕重量和節省空間的新型永續產品,同時兼具設計自由。
如果要製造嵌入式軟性系統,其中一種方法可採用印刷電子學。
印刷電子學是利用印刷技術來創造電子裝置和系統,必須使用專門的墨水和印刷工藝,將電子元件和電路印刷到各種基板上,例如:紙張、塑料或布料。這種印刷電子學的技術可運用於製造各種電子裝置,例如:感測器、顯示器和電池,通常應用於需要具伸展性、可減輕重量和節省空間的場合,例如:運動時所需的軟性、可穿戴和結構性的電子產品。
在芬蘭科技研究院,特別專注於以下領域的研發:
- 具伸展性、可穿戴的電子產品。
- 採用生物基替代品的永續電子系統、採用節能的Roll-to-Roll(R2R)生產技術、採用結構性電子產品的新型產品架構,以及新型能量收集和儲存解決方案。
- 新型診斷解決方案。
量子運算
量子運算,是一種利用量子力學現象(如:疊加)對數據進行運算的計算類型。不同於經典計算(Classical Computing)採用位元(可以是0或1)表示數據,量子運算使用的是量子位元(Qubits),即可以同時表示0和1,這使得量子計算機能夠比經典計算機更快地執行某些計算。
量子運算的出現,將為密碼學、化學和材料科學帶來革命性的改革,但它目前仍處於早期開發階段,面臨著許多技術挑戰。在某些方面,量子計算機的計算能力正在以比摩爾定律更快的速度發展,並有望帶來顯著的應用。
在芬蘭科技研究院,特別專注於以下領域的研發:
- 量子技術的前瞻性。
- 量子運算演算法和應用。
- 量子技術硬體,包括感測器、量子計算機。
- 後量子密碼學(Post-Quantum Cryptography, PQC)和量子密鑰分發(Quantum Key Distribution, QKD)。
永續性
在電子產業中,「永續性」是非常重要的課題,意味著負責任且有道德地進行研發、生產、使用和處理電子裝置及其組件,這包括:在生產中使用可再生能源、減少有害物質使用及製造過程對環境的影響、設計高效能且可回收利用的產品,並促進電子裝置的重複使用和修復,以及實施有效的廢棄和電子垃圾回收計畫。
在芬蘭科技研究院,會系統性地將永續性系融入所有研發主題中。
人工智慧和大數據的運用
對於芬蘭科技研究院而言,人工智慧和大數據是運用在開發創新解決方案中的重要工具,範圍涵蓋眾多產業,而目前已涉及領域如下:
- 在工業自動化和優化方面,優化工業過程,減少能源消耗,提高生產效率。
- 在健康與福祉方面,開發個性化的醫療解決方案,例如:預測性診斷和個性化治療計畫。
- 在智慧城市和移動性方面,開發智慧城市解決方案,例如:智慧交通管理系統和智慧公眾運輸。
- 在循環經濟方面,開發循環經濟解決方案,例如:減少廢棄物和優化資源利用。