MEMS擴(kuò)展消費(fèi)電子與醫(yī)療應(yīng)用創(chuàng)新
[導(dǎo)讀]微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的未來將朝哪些應(yīng)用與方向拓展？在最近一場由意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)于美國加州舉辦的「塑造MEMS與感測器未來」的會議上，來自 MEMS 生態(tài)系統(tǒng)的各方代表們盡管分別對此提出不同的看法，但都
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的未來將朝哪些應(yīng)用與方向拓展？在最近一場由意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)于美國加州舉辦的「塑造MEMS與感測器未來」的會議上，來自 MEMS 生態(tài)系統(tǒng)的各方代表們盡管分別對此提出不同的看法，但都看好未來 MEMS 將在消費(fèi)性電子以及醫(yī)療保健與健身等應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)成長與新商機(jī)。
PNI總裁兼執(zhí)行長Becky Oh發(fā)表該公司最新的進(jìn)展──一款1.5x1.5x0.5mm的微型晶片，能夠?yàn)槿魏沃圃焐痰募铀俣扔?jì)、陀螺儀與磁力計(jì)等產(chǎn)品執(zhí)行復(fù)雜的感測器融合功能，并輸出位置讀數(shù)至任何應(yīng)用處理器中。這款名為 Sentral 的硬體狀態(tài)機(jī)晶片功能類似于蘋果最新發(fā)表 iPhone 5S 中所用的 M7 感測器融合晶片，它可在耗用僅占1%的功耗時，從應(yīng)用處理器中卸載感測器融合功能。
博通公司(Broadcom)資深產(chǎn)品經(jīng)理Steve Malkos展示一款創(chuàng)新感測器融合演算法 HULA (Hybrid Universal Location Application)，透過結(jié)合來自GPS的輸出資訊，以及加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)與測高儀的航位推算能力，為汽車確定位置等資訊。這款 HULA 采用卡爾曼(Kalman)濾波器為個別感測器中的錯誤(如GPS訊號遺失或雜散磁場影響磁力計(jì)讀數(shù)等)進(jìn)行補(bǔ)償，因而實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的定位資訊。
博通HULA演算法采用卡爾曼濾波器補(bǔ)償因磁力計(jì)(右上)或陀螺儀(左下)等感測器發(fā)生的錯誤，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的定位追蹤(右下)。
(來源：Broadcom)
Movea Inc.客戶解決方案架構(gòu)師Tim Kelliher認(rèn)為，對于未來，我們必須從「感測器融合」過渡到「數(shù)據(jù)融合」，因?yàn)槟壳暗闹腔坌褪謾C(jī)可存取各種類型的資料，甚至讓你用于預(yù)測你的需求──例如，當(dāng)你在電影院時，它可自動關(guān)閉手機(jī)鈴聲。
Fairchild Semiconductor公司MEMS與感測器解決方案副總裁Janusz Bryzek預(yù)測，很快地在全球各地將會部署達(dá)數(shù)以兆計(jì)的MEMS感測器，將需要用到1.3億片8寸ASIC晶圓以及2.6億片8 寸 MEMS 晶圓，實(shí)現(xiàn)約3億平方公尺的矽晶基板。Bryzek追溯1950年代至今的 MEMS 感測器發(fā)展史，預(yù)測 MEMS 將持續(xù)較半導(dǎo)體市場更快速的成長態(tài)勢(如下圖)，他并呼吁有智識之士為感測器發(fā)展提出一種更為開放的發(fā)展道路──類似于國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖(ITRS)。
MEMS晶片市場(綠線)較半導(dǎo)體市場(藍(lán)線)的成長更快，并將在2023年達(dá)到1兆片的市場規(guī)模。
(來源：Janusz Bryzek、Fairchild Semiconductor)
ST公司類比、MEMS與感測器執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Benedetto Vigna則為已蓬勃發(fā)展的消費(fèi) MEMS 市場以及正在醫(yī)療保健與健身應(yīng)用中快速成長的 MEMS 市場之間建立起連結(jié)的橋梁。他探討人機(jī)介面的發(fā)展歷史，從鍵盤到滑鼠，到目前使用的行動感測 MEMS 感測器，再到控制機(jī)器等發(fā)展，其中最經(jīng)典的就是任天堂(Nintendo)的 Wii 。由于這款游戲平臺創(chuàng)造的成就，使得新式的人機(jī)介面在市場上占有一席之地，并推動觸控、手勢、語音以及影像辨識等介面在消費(fèi)裝置上的普及。如今，消費(fèi)者的興趣更進(jìn)一步過渡到可穿戴式市場，它同樣要利用 MEMS 感測器來實(shí)現(xiàn)健身裝置，如Fitbit 與 Nike Fuelband 等，均藉由追蹤用戶的活動記錄，鼓勵運(yùn)動與健身。
醫(yī)療MEMS是當(dāng)前的最新發(fā)展，目前美國FDA已經(jīng)批準(zhǔn)了十幾種基于MEMS的健康監(jiān)測設(shè)備，如Preventice公司的 BodyGuardian 遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)，以黏貼式膠條直接貼附在人體上，然后以無線方式隨時傳送 ECG 、心跳、呼吸速率以及各種活動情況等資訊，讓老人與病人能安全地在家庭中進(jìn)行照護(hù)，同時也緩解了醫(yī)院病床與人手不足的問題。
「我們的目標(biāo)是讓病人帶著醫(yī)院般的照護(hù)放心在家療養(yǎng)，」Preventice公司資深行銷副總裁Michael Emerson解釋，「透過使用可穿戴式設(shè)備以及用于診斷、治療與照護(hù)計(jì)劃管理有關(guān)的工具，我們能夠改善病人的參與、降低成本以及提供更好的病人照護(hù)。」
根據(jù)A.M. Fitzgerald & Associates LLC 創(chuàng)辦人Alissa Fitzgerald指出，MEMS在醫(yī)療保健的下一個前端應(yīng)用是植入式感測器。A.M. Fitzgerald & Associates LLC公司專門為客戶提供有關(guān) MEMS 裝置的完整技術(shù)開發(fā)周期，包括從業(yè)務(wù)、IP策略以及初步設(shè)計(jì)、原型以及代工廠移轉(zhuǎn)等。
「透過更準(zhǔn)確地檢測人體生理數(shù)據(jù)，MEMS將改變醫(yī)療保健與健身領(lǐng)域的未來，從而實(shí)現(xiàn)更佳診斷以及更有效的治療，」Fitzgerald說。
Alissa Fitzgerald并提出了晶片與生物不相容的挑戰(zhàn)──晶片必須進(jìn)行封裝，以保護(hù)人體免于受到晶片銳利邊緣的傷害，以及保護(hù)晶片內(nèi)部運(yùn)作免于受到人體體液的腐蝕等影響。她還提出幾款目前十分先進(jìn)的植入式MEMS元件，包括CardioMEMS公司開發(fā)的植入式血壓監(jiān)測計(jì)，以及瑞士Debiotech公司與ST共同開發(fā)的微流體泵，它可為糖尿病患者進(jìn)行自動監(jiān)測以及配置胰島素處方。
Replenish公司的植入式微流體泵可植入人眼中，自動分配約奈升(nanoliter)大小的精確藥物劑量。它可連續(xù)使用長達(dá)9個月后才需補(bǔ)充藥物。
(來源：Replenish)
Replenish公司MEMS制程工程師Blake Axelrod則展示一款最先進(jìn)的植入式MEMS元件──一款能植入于人眼的微流體泵，它可根據(jù)需求自動分配精確達(dá)奈升大小的藥物劑量，連續(xù)使用長達(dá)9個月的時間，才需要再次進(jìn)行藥物補(bǔ)充。
編譯：Susan Hong
(參考原文：Shaping the Future of MEMS，by R. Colin Johnson)
PNI總裁兼執(zhí)行長Becky Oh發(fā)表該公司最新的進(jìn)展──一款1.5x1.5x0.5mm的微型晶片，能夠?yàn)槿魏沃圃焐痰募铀俣扔?jì)、陀螺儀與磁力計(jì)等產(chǎn)品執(zhí)行復(fù)雜的感測器融合功能，并輸出位置讀數(shù)至任何應(yīng)用處理器中。這款名為 Sentral 的硬體狀態(tài)機(jī)晶片功能類似于蘋果最新發(fā)表 iPhone 5S 中所用的 M7 感測器融合晶片，它可在耗用僅占1%的功耗時，從應(yīng)用處理器中卸載感測器融合功能。
博通公司(Broadcom)資深產(chǎn)品經(jīng)理Steve Malkos展示一款創(chuàng)新感測器融合演算法 HULA (Hybrid Universal Location Application)，透過結(jié)合來自GPS的輸出資訊，以及加速度計(jì)、陀螺儀與磁力計(jì)與測高儀的航位推算能力，為汽車確定位置等資訊。這款 HULA 采用卡爾曼(Kalman)濾波器為個別感測器中的錯誤(如GPS訊號遺失或雜散磁場影響磁力計(jì)讀數(shù)等)進(jìn)行補(bǔ)償，因而實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的定位資訊。
博通HULA演算法采用卡爾曼濾波器補(bǔ)償因磁力計(jì)(右上)或陀螺儀(左下)等感測器發(fā)生的錯誤，實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的定位追蹤(右下)。
(來源：Broadcom)
Movea Inc.客戶解決方案架構(gòu)師Tim Kelliher認(rèn)為，對于未來，我們必須從「感測器融合」過渡到「數(shù)據(jù)融合」，因?yàn)槟壳暗闹腔坌褪謾C(jī)可存取各種類型的資料，甚至讓你用于預(yù)測你的需求──例如，當(dāng)你在電影院時，它可自動關(guān)閉手機(jī)鈴聲。
Fairchild Semiconductor公司MEMS與感測器解決方案副總裁Janusz Bryzek預(yù)測，很快地在全球各地將會部署達(dá)數(shù)以兆計(jì)的MEMS感測器，將需要用到1.3億片8寸ASIC晶圓以及2.6億片8 寸 MEMS 晶圓，實(shí)現(xiàn)約3億平方公尺的矽晶基板。Bryzek追溯1950年代至今的 MEMS 感測器發(fā)展史，預(yù)測 MEMS 將持續(xù)較半導(dǎo)體市場更快速的成長態(tài)勢(如下圖)，他并呼吁有智識之士為感測器發(fā)展提出一種更為開放的發(fā)展道路──類似于國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖(ITRS)。
MEMS晶片市場(綠線)較半導(dǎo)體市場(藍(lán)線)的成長更快，并將在2023年達(dá)到1兆片的市場規(guī)模。
(來源：Janusz Bryzek、Fairchild Semiconductor)
ST公司類比、MEMS與感測器執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Benedetto Vigna則為已蓬勃發(fā)展的消費(fèi) MEMS 市場以及正在醫(yī)療保健與健身應(yīng)用中快速成長的 MEMS 市場之間建立起連結(jié)的橋梁。他探討人機(jī)介面的發(fā)展歷史，從鍵盤到滑鼠，到目前使用的行動感測 MEMS 感測器，再到控制機(jī)器等發(fā)展，其中最經(jīng)典的就是任天堂(Nintendo)的 Wii 。由于這款游戲平臺創(chuàng)造的成就，使得新式的人機(jī)介面在市場上占有一席之地，并推動觸控、手勢、語音以及影像辨識等介面在消費(fèi)裝置上的普及。如今，消費(fèi)者的興趣更進(jìn)一步過渡到可穿戴式市場，它同樣要利用 MEMS 感測器來實(shí)現(xiàn)健身裝置，如Fitbit 與 Nike Fuelband 等，均藉由追蹤用戶的活動記錄，鼓勵運(yùn)動與健身。
醫(yī)療MEMS是當(dāng)前的最新發(fā)展，目前美國FDA已經(jīng)批準(zhǔn)了十幾種基于MEMS的健康監(jiān)測設(shè)備，如Preventice公司的 BodyGuardian 遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)，以黏貼式膠條直接貼附在人體上，然后以無線方式隨時傳送 ECG 、心跳、呼吸速率以及各種活動情況等資訊，讓老人與病人能安全地在家庭中進(jìn)行照護(hù)，同時也緩解了醫(yī)院病床與人手不足的問題。
「我們的目標(biāo)是讓病人帶著醫(yī)院般的照護(hù)放心在家療養(yǎng)，」Preventice公司資深行銷副總裁Michael Emerson解釋，「透過使用可穿戴式設(shè)備以及用于診斷、治療與照護(hù)計(jì)劃管理有關(guān)的工具，我們能夠改善病人的參與、降低成本以及提供更好的病人照護(hù)。」
根據(jù)A.M. Fitzgerald & Associates LLC 創(chuàng)辦人Alissa Fitzgerald指出，MEMS在醫(yī)療保健的下一個前端應(yīng)用是植入式感測器。A.M. Fitzgerald & Associates LLC公司專門為客戶提供有關(guān) MEMS 裝置的完整技術(shù)開發(fā)周期，包括從業(yè)務(wù)、IP策略以及初步設(shè)計(jì)、原型以及代工廠移轉(zhuǎn)等。
「透過更準(zhǔn)確地檢測人體生理數(shù)據(jù)，MEMS將改變醫(yī)療保健與健身領(lǐng)域的未來，從而實(shí)現(xiàn)更佳診斷以及更有效的治療，」Fitzgerald說。
Alissa Fitzgerald并提出了晶片與生物不相容的挑戰(zhàn)──晶片必須進(jìn)行封裝，以保護(hù)人體免于受到晶片銳利邊緣的傷害，以及保護(hù)晶片內(nèi)部運(yùn)作免于受到人體體液的腐蝕等影響。她還提出幾款目前十分先進(jìn)的植入式MEMS元件，包括CardioMEMS公司開發(fā)的植入式血壓監(jiān)測計(jì)，以及瑞士Debiotech公司與ST共同開發(fā)的微流體泵，它可為糖尿病患者進(jìn)行自動監(jiān)測以及配置胰島素處方。
Replenish公司的植入式微流體泵可植入人眼中，自動分配約奈升(nanoliter)大小的精確藥物劑量。它可連續(xù)使用長達(dá)9個月后才需補(bǔ)充藥物。
(來源：Replenish)
Replenish公司MEMS制程工程師Blake Axelrod則展示一款最先進(jìn)的植入式MEMS元件──一款能植入于人眼的微流體泵，它可根據(jù)需求自動分配精確達(dá)奈升大小的藥物劑量，連續(xù)使用長達(dá)9個月的時間，才需要再次進(jìn)行藥物補(bǔ)充。
編譯：Susan Hong
(參考原文：Shaping the Future of MEMS，by R. Colin Johnson)
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