Blue Coin è una piattaforma di sviluppo di applicazioni audio e di sensoristica. Si tratta di un’evoluzione di una precedente piattaforma (Sensitrone) su cui erano stati integrati i più avanzati MEMS di STMicroelectronics
Lo scopo della nuova piattaforma Blue Coin di STM è molteplice: integrare su board i microfoni MEMS di STM, estendere tramite accelerometro la banda passante dei microfoni e integrare on board il sensore ToF (Time of Fligth) di ultima generazione.
Fatto ciò, l’azienda di Agrate è pervenuta a un prodotto, lo STEVAL bcnkt01v1, con il nome di BLUE Coin. Si tratta di una piattaforma di sviluppo che, oltre a integrare il processore ARM4 a 32 bit idoneo ad eseguire algoritmi DSP, integra in una configurazione ad ARRAY (2x2) i microfoni MEMS di STM. (Figura 1)
I microfoni MEMS sono una realizzazione su singolo chip di un trasduttore in segnale elettrico della pressione acustica e di un ASIC che trasforma il segnale in tensione variabile in accordo con la pressione acustica. Il tutto incapsulato in un package metallico facilmente integrabile su scheda.
I MEMS, in particolare gli accelerometri, furono una intuizione dell’allora progettista Benedetto Vigna (ora Amministratore Delegato di Ferrari) che brevettò il dispositivo e lo fornì alla Nintendo per la realizzazione di un controller wireless di nuova generazione, utilizzato poi dall’industria automotive per la realizzazione dei primi airbag.
Robot e sensori
Come è noto, il robot nasce come idea di un dispositivo antropomorfo, quindi, come diceva il filosofo, ingegnere e matematico polacco Alfred Korzybski, l’intelligenza dell’essere umano dipende dai sensi; pertanto, STM fonda la sua robotica su sensori avanzati sia per funzionalità, sia per risparmio energetico, sia per livello di integrazione.
Con gli oltre 25 anni di esperienza nel settore MEMS, STM ha realizzato sensori come quelli microfonici che possono essere facilmente integrati su scheda e interfacciati a una MCU per essere processati e “sentire” l’ambiente circostante, oppure a un sensore ToF per misurare con precisione e non invasività la distanza di un oggetto.
Il primo passo nell’innovazione robotica è l’implementazione di sensori intelligenti e la tecnologia MEMS, in cui STM è particolarmente avanzata, si presta molto bene, sia a livello di integrazione sia a livello di consumo energetico. Si tratta di una tecnologia utile nell’automazione dell’agricoltura, nell’automazione degli allevamenti, in quella degli edifici e nell’ automazione industriale. Premesso comunque che quella della Intelligenza Artificiale non è intelligenza vera e propria, ma un banale “copia e incolla” di dati più o meno elaborati, il sensore intelligente è fondamentale perché permette all’AI di essere applicata in modo estremamente efficiente. Il sensore intelligente rappresenta infatti la combinazione tra il sensore e la MCU e che gli permette di fornire un risultato già elaborato.
La Fuzzy Logic è stata la prima ad essere implementata da STM per la realizzazione su MEMS di sensori intelligenti. Poi, successivamente, avendo la necessità di elaborazione DSP, STM ha integrato un ASIC direttamente su MEMS.
Il compito del sensore intelligente, cioè dotato on chip di capacità di elaborazione DSP, è di alleggerire il carico di comunicazione della rete Internet, considerando che sono connessi alla rete miliardi di sensori. Con il data-fusion o altre attività di preelaborazione che riducono a uno gli svariati parametri misurati.
La presenza on-board Blue Coin dell’accelerometro a 9 assi e del ToF permette di configurare l’array microfonico come un unico microfono direzionale. Infatti, il movimento della testa verso la sorgente immersa nella cacofonia viene tradotto in coordinate polari: distanza e angolazione.
Il Cocktail Party problem
Il Cocktail Party è un problema in parte irrisolto, anche se dal punto di vista metodologico è abbastanza consolidato, sia in termini algoritmi come l’ICA (Independant Components Analisys), sia come bio-inspired basato su reti neurali artificiali di natura neuro-fuzzy. È la parte tecnologica che è ancora carente, soprattutto a livello di array microfonici abbastanza miniaturizzati integrati. A tale proposito la tecnologia MEMS è d’aiuto ed STM è molto avanzata in questo campo.
L’ICA è un metodo computazionale che prevede di ascoltare una sorgente – di solito vocale – immersa in uno scenario audio di tipo cacofonico di altre voci, di musica e di rumori vari, tra cui il tintinnio dei bicchieri e delle bottiglie (dato che ci si trova ad un cocktail con numerose persone intorno). Il metodo bio-inspired si rifà al modo in cui il cervello, tramite una serie di regole, separa le sorgenti sonore, focalizzandosi solo su quelle di interesse. Il metodo ICA richiede un’unità computazionale DSP e l’ARM M4 è in grado di assolvere a questa funzione essendo dotato di un’unità MAC (Single-cycle Moltiplication, Accumulation) operazione altamente ricorrente nelDSP. L’ICA richiede anche un array microfonico, cosa fattibile con la tecnologia MEMS.
Sulla board Blue Coin sono presenti tutte le risorse hardware e firmware come la usb connection e la BlueTooth per connettersi a un computer o ad uno smartphone e per eseguire lo streaming dell’audio oppure il sensor-fusion eseguito dalla MCU ARM M4 on-bord.
Tutte queste risorse on-board, come anche l’alimentazione a batteria ricaricabile, sono sufficienti a rendere Il blueCoin un utile ausilio ad esempio a una protesi acustica per risolvere il problema dell’ascolto di una sorgente vocale immersa in un contesto audio cacofonico.
