走向“數據融合” MEMS傳感器創新可穿戴與醫療應用

PNI總裁兼執行長Becky Oh發表該公司最新的進展──一款1.5x1.5x0.5mm的微型芯片，該芯片可以執行復雜的傳感器融合功能，代替任何廠商的加速計、陀螺儀、磁力計和高度計，然后把位置信息傳送給應用處理器。該芯片名為“Sentral”，這種機器狀態芯片在功能方面類似于蘋果最近宣布的用于iPhone 5s的M7傳感器融合芯片，都是把傳感器融合功能從應用處理器卸除，而只消耗應用處理器的1%功率。

　　博通公司（Broadcom）資深產品經理Steve Malkos展示一款創新傳感器融合演算法HULA （Hybrid Universal Location Application），可以通過把GPS信息與加速計、陀螺儀、磁力計和高度計的航位推算功能相結合，用于確定位置信息。它被稱為混合通用位置應用 （HULA），使用Kalman過濾器來補償單個傳感器的誤差，比如GPS信號受阻或者影響磁力計讀數的雜散磁場，從而獲得更加精確的位置信息。

　　博通的HULA，使用Kalman過濾器來補償單個傳感器的誤差，從而獲得更加精確的位置信息（下右），這些信息可以用一個磁力計（上右）或一個陀螺儀（下左）來獲得。（來源：博通）

　　在“數據融合——MEMS應用的基石”會場，Movea Inc. （美國加州普萊森頓市）的客戶解決方案架構師Tim Kelliher認為，為滿足未來的需求，我們需要從“傳感器融合”走向“數據融合”，因為現在智能手機可以使用不同類型的數據，可以使其能夠提前預見你的需求，比如，當你坐在影院里面時自動關掉你的手機鈴聲。

　　在一個名為“MEMS與傳感器，通向主流之旅”的會場，飛兆半導體MEMS與傳感器解決方案副總裁Janusz Bryzek預測，不遠的將來，將有數萬億個傳感器布署在全球各地，需要1.3億個8英寸ASIC晶圓和2.6億個8英寸MEMS晶圓，總計需要3億平米的硅基板。Bryzek追溯了MEMS傳感器的發展歷史，從1950年代一直到今天，預言MEMS市場的增長速度將繼續快于總體半導體產業（參見下圖），并呼吁夢想者和他們一起設想傳感器發展的路線圖——類似于國際半導體技術路線圖。這將是“萬億傳感器峰會”（2013年10月23-25日，美國加州斯坦福）的目標之一，Janusz Bryzek擔任該會議的主席。

　　MEMS芯片市場（綠線）較半導體市場（藍線）的成長更快，并將在2023年達到1兆片的市場規模

　　在一個題為“MEMS與傳感器將在可穿戴產品及我們使用的一切物品中無處不在，創造一個更加完全、更加方便和更加高效的新世界”的主旨發言中，意法半導體模擬、MEMS與傳感器執行副總裁兼總經理Benedetto Vigna把繁榮發展的消費MEMS市場與快速增長的醫療保健和健康MEMS市場聯系在了一起。Vigna追溯了人機界面的歷史，從鍵盤到鼠標，直到當今利用動作感應MEMS傳感器來控制機器，比如任天堂的Wii。由于這些成果，目前各種新型人機界面選擇急劇增多，促使觸摸、手勢、語音和圖像識別在消費產品中日益流行。現在消費者的興趣已被點燃，向采用同樣MEMS傳感器的可穿戴產品的過渡正在進行之中，比如Fitbit和Nike Fuelband，這些產品通過追蹤人們的活動水平來督促健身。

　　醫用MEMS是最新的領域，美國食品及藥物管理局（FDA）已批準十幾種基于MEMS的健康監控設備，比如Preventice公司的BodyGuardian遠程監控系統，它把一個膠帶直接貼在人體上，然后隨時把心電圖、心率、呼吸率和活動水平通過無線方式發送給醫療人員，從而幫助老年人安享晚年，病人更早地安全離開醫院，從而減輕醫院人滿為患的問題。

　　“我們的目標是讓病人把醫院帶回家，” Preventice的高級營銷副總裁Michael Emerson在報告中表示，主題是“MEMS在診斷與治療中的應用”。“通過使用可穿戴設備和相關設備用于診斷、治療和康復計劃管理，我們能夠改善病人參與、降低成本和提供更好的病人看護。”

　　據A.M. Fitzgerald Associates LLC（美國加州）創始人Alissa Fitzgerald，MEMS在醫療保健領域的下一個應用前沿是可植入傳感器。她的公司已向幾十家客戶提供關于整個MEMS器件技術開發周期的建議，從商業和IP策略，到初始設計、原型生產和代工轉移。