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人工智慧系學什麼?從日常痛點出發,讓 AI 技術融入生活應用

2023 年 ChatGPT 熱潮襲來,引爆大眾對生成式人工智慧 AI 的想像與期望。長庚大學迎接 AI 巨浪,人工智慧系的學生以飲食、家務、如廁、心理健康等為專題,透過 AI 解決生活痛點。
2024-03-08

全球人工智慧的發展與時俱進,根據麥肯錫 2023 下半年的研究顯示,生成式 AI 每年可創造出相當於 2.6~4.4 兆美元的經濟價值,幾乎是 2021 年英國一整年的國內生產總值(GDP)。

面對急速變革的時代,長庚大學早些年便觀察到 AI 巨浪,首創人工智慧系,除了資工系的程式語言、資料結構和演算法,更重視「AI 核心課程」,像是大腦與認知科學、機器學習等,目標是培育出能運用 AI 技術,解決跨領域問題的人才,為年輕人才裝備國際競爭力,成為多元應用的人工智慧人才。

首屆大四學生,更以從生活痛點出發,運用 AI 技術設計多項榮獲國內外競賽獎項的專題,不僅為學生裝備資工系的專業技能,就業道路除了科技業、金融業,更涵蓋了多個與 AI 接軌的產業。

解決如廁窘境!智慧廁所 AI 偵測結合自動通報系統,降低環境維護成本

我最有成就感的就是:設計出能成功辨識出氣味的模型,真的很感動。

洪詩晴與團隊打造的「智慧廁所 AI 偵測結合自動通報系統」,獲得了包括 2023 第七屆創創 AIoT 競賽永續科技組第一名等 6 項獎項。

詩晴分享人工智慧系的課程設計,計算機概論以 C/C++ 程式設計為主,可學習電腦科學的基礎知識以及程式邏輯,幫助學生在 Arduino 模組上的撰寫程式;直譯式程式語言與深度學習課程,則用 Python 教學,奠定自身在人工智慧領域的概念,幫助她在設計 AI 模型時更得心應手;智慧製造領域的軟體工程,學到編寫系統操作手冊和需求、設計、測試規格書等文件的技巧,更了解如何清楚表達、繪製系統流程圖的方法,讓文件更加顯易懂,提升團隊溝通效果。正是這些扎實的學習經驗,化為比賽獲獎的助力。

她提到智慧廁所 AI 偵測結合自動通報系統總共有 6 項功能,包括異味偵測、菸味偵測、廁間佔用過久、燈光異常偵測、衛生紙剩餘量、積水偵測等功能。系統透過自動化設備來監測異常狀況,讓清潔員、管理者透過接收 LINE 通知,能更智慧地維護環境。

圖說:「智慧廁所 AI 偵測結合自動通報系統」模型圖
為了找味道,有段時間,團隊會相約外出、蒐集公園中有臭味的廁所,藉此收集數據、訓練模型,整個過程斷斷續續大概花了 3 個月。

異味偵測的部分,則是團隊遇到最多困難的環節。除了透過感測器收集到關於一氧化碳、二氧化氮等數據,訓練系統對「臭味」的判讀,也要收集「香氣」,像是香水、清潔劑與樟腦丸氣味,避免系統產生誤判狀況,才能打造成功的訓練模型。

最主要的,就是能學到不同領域跟 AI 的連結與應用。像是如何用不同的程式語言來開發軟硬體應用,還有學到各種 AI 模型的設計概念與基礎模型。

回憶專題製作過程,詩晴認為長庚大學的師生比例是很大的優勢,學生能獲得很多來自老師的指導,且能學到包括智慧製造、自然語言等很多跨領域的課程。她進入後才了解數據分析、軟硬體結合、機器學習等技能,也是 AI 很重要的一環,未來若能發揮創意,就能做出更多不同的成果。

紀錄營養更輕鬆,「自動化食品暨標籤影像辨識系統」掃一下就知道

最重要的,就是寫程式的能力。系上接觸的程式語言偏多的,從大一到大三都有多元的課程可以學習,而且上完是真的可以學到東西!

艾思嘉與團隊以「CandyDiary ⾃動化食品暨標籤影像辨識紀錄系統」拿下 2023 萬潤創新創意競賽佳作。她分享,一開始是從自身生活出發,剛好組內有同學在減肥,便把專題題目設定為紀錄食品營養的 App。有別於需手動輸入營養資訊的 App,艾思嘉跟同學的設計更簡單直覺,透過內建資料庫、影像辨識機制,使用者能省下手動輸入包括商品名稱、熱量跟蛋白質等多項數值的時間,掃描一下影像就自動填寫完畢。

能掃描輸入是我們很大的亮點,但網路圖片上營養標示數值通常是過期的,或是太過模糊。

為此,團隊先用爬蟲將網路上食品本身的照片爬下來,作為模型的訓練。食品標籤則到超商一一翻拍,從零建立數據庫。食品資訊雖然網路上有 Open Data,但數值之間彼此差異不小,組員除了到網路上收集資訊,還花時間在數值落差的品項上取得平均值,一步一腳印的逐一記錄,獲取數據更新到資料庫。

上大學前以為人工智慧就是機器人或智慧秘書,但這些其實只是一小部分,實際上能做的事比我想的更多。未來想做的工作,還是跟人工智慧有關的,像是 AI 工程師。

圖說:參與 2023 萬潤創新創意競賽,拿下佳作

智能洗衣機狀態偵測系統,解決無效排隊的困擾

能設計出幫助提升計算效率的演算法,真的是很有成就感的事,也是我最喜歡的收穫。

人工智慧離我們很近,不只是「食」的營養攝取、代謝消化,連「衣」的環節,也成為同學的著力點之一。杜云驊與團隊打造出的「洗衣小秘書 智能洗衣機狀態偵測系統」,同樣榮獲包括 AI 新創青年共創黑客松佳作等 5 項大獎。

我們最初的構想很單純,就是想讓學生洗衣服時不必再排隊洗不到衣服,或是擔心衣物被其他人任意拿出洗衣機。

然而,就是這樣看似微小的日常痛點,卻深獲諸多評審的青睞,未來若能強化穩定性,更有機會將系統實際推廣到自助洗衣業者,讓傳統洗衣機搖身一變智慧洗衣機,造福更多民眾。

「洗衣小秘書智能洗衣機」偵測系統瞄準兩大民眾的痛點,杜云驊跟團隊創造出「提醒」與「預約」兩個機制。舉例來說,為了降低無效排隊,系統會透過依附在洗衣機上的感測器,透過晃動數據,來判斷洗衣機的運作狀態。偵測到停止運作時,系統會「提醒」人們前來取出衣服,並同步通知下一位有「預約」的使用者前來洗衣。目前該專題成果也已經申請台灣發明專利。

洗衣機的晃動資料很難取得,所以在收集數據時,要將裝置長期固定在洗衣機上,常有使用洗衣機的同學不小心拔掉插頭,或是觸碰到裝置,導致損壞、跳電等情況,讓裝置常常收集不到數據。

機制看似好懂,但數據的來源卻是大魔王。後來,杜云驊成功設計出一套演算法,程式能判斷裝置的目前狀態,針對故障、沒電等異常狀態,有不同機制重啟運作流程,大幅降低人為維護裝置運作的時間與成本。

杜云驊認為,人工智慧學習課程能讓學生未來更有競爭力。他在撰寫程式時用到很多經典的資料型態與演算法,都是課程所學,其他還有像網頁程式設計、資料庫系統設計、資料探勘、機器學習與醫學應用等課程,「每一堂都很重要,都相輔相成、缺一不可。」

開發老年憂鬱自殺 AI 小助手,獲世界型權威組織肯定與展出

開發的模型能被國際組織(全球腦圖譜研究領域最具影響力的學會 - 人腦功能定位協會  OHBM,Organization for Human Brain Mapping)肯定,並在會場上被展出,證明了我們的模型、想法是有價值的。

與另外三組同學不同,賴霆瑞與團隊開發的「老年憂鬱自殺-智慧關懷小幫手」是更偏向學術研究的專題製作。團隊撰寫了論文摘要,透過說明研究理念、方法與預期結果,成功向世界舞台證明自身想法的價值,成為系上第一個被由腦部科學家、深度學習專家組成的人腦功能定位協會認證的學生團隊。研究海報更躍上國際舞台,被展出在加拿大蒙特婁論壇會場。

因為家裡也有上了年紀的長輩,正在面臨憂鬱症的困擾。我希望能利用人工智慧技術來幫助預測精神疾病的嚴重程度,從而提供更及時和有效的干預和治療。

關懷社會的心與責任,成為賴霆瑞與團隊一開始製作專題的共識,「老年憂鬱自殺 智慧關懷小幫手」能幫助醫師透過模型分析病患大腦的變化。舉例來說,他們收集了數組頭部電腦斷層(CT)影像圖像,透過分析有憂鬱症與沒有憂鬱症的患者,兩者圖像產生哪些差異,藉此驗證關聯性,能輔助醫師判讀精神疾病。

圖說:賴霆瑞表示團隊從指導老師許艾伶身上獲得許多幫助
老師告訴我們沒有看到的觀點,幫我們找出關聯性,我們再把數據找出來做重現測試,驗證其中的關連性。

不過,實際執行端卻遇到許多困難,首先是頭部電腦斷層的影像圖像,牽涉到病患個資,並不是容易取得的資料,所幸在生醫工程背景出身的許艾伶教授與長庚醫療體系資源的協助下,才得以取得足夠的樣本數據。

然而,分析結果的環節卻更困難,模型雖然能分析很多數值,但有別於專業醫療專長出身,團隊還額外花了許多時間進修課程、購買教科書自學,與老師討論,藉此學習不同數據背後的意義、醫學影像判讀與發掘關聯性。

為學生培養未來競爭力,未來想做工程師、往 AI 領域發展都適合!

我敢肯定,人工智慧領域每年都在缺人,以後如果想做工程師或就讀相關系所,我蠻推薦給學弟妹就讀的。

與其他同學一樣,賴霆瑞也相當推薦學系妹就讀長庚大學智慧運算學院,不但可奠定好基礎,系上選修課程也很多元。除此之外,校內也有外籍師資、外國學生,不僅能學到國外工程師解決問題的能力,也能趁機練習口語表達能力,收穫真的滿滿。

迎接未來,時代的改變必將愈來愈快。但保有積極學習的成長心態、選擇具有豐富資源、師資的環境,甚至是能培養出一流獲獎團隊的校系,必然能好好裝備未來競爭力。未來,也才有本事在做自己喜歡的工作的同時,持續對社會發揮正面影響力。

受訪者簡介

艾思嘉:CandyDiary ⾃動化食品暨標影像辨識紀錄系統(指導教授:張賢宗),2023 萬潤創新創意競賽佳作,112 學年長庚大學資工系與人工智慧系聯合畢展第二名

洪詩晴:智慧廁所 AI 偵測結合自動通報系統(指導教授:張哲維),2023 第 7 屆創創 AIoT 競賽永續科技組第一名,2023 大專院校資訊應用服務創新競賽 - 友達 AIoT 智慧場域卓越組第一名,112 學年長庚大學資工系與人工智慧系聯合畢展第三名、最佳人氣獎

杜云驊:洗衣小秘書-智能洗衣機狀態偵測系統 (指導教授:趙一平),2022 大專校院資訊應用服務創新競賽 - 資訊應用組第二名,2023 年 AI 新創青年共創黑客松佳作,2023 大專校院資訊應用服務創新競賽 - 資訊應用組佳作,2023 智慧晶片系統應用創新專題實作競賽入選獎,112 學年長庚大學資工系與人工智慧系聯合畢展第一名

賴霆瑞:老年憂鬱自殺 智慧關懷小幫手 (指導教授:許艾伶),被世界權威國際組織 - 人腦功能定位協會 OHBM 認證並於加拿大蒙特婁會場展出,112 學年長庚大學資工系與人工智慧系聯合畢展佳作

作者 IOH 編輯部

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