走向“數(shù)據(jù)融合” MEMS傳感器創(chuàng)新可穿戴與醫(yī)療應(yīng)用

　　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的微型芯片，該芯片可以執(zhí)行復(fù)雜的傳感器融合功能，代替任何廠商的加速計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)和高度計(jì)，然后把位置信息傳送給應(yīng)用處理器。該芯片名為“Sentral”，這種機(jī)器狀態(tài)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(yīng)用處理器卸除，而只消耗應(yīng)用處理器的1%功率。

　　博通公司（Broadcom）資深產(chǎn)品經(jīng)理Steve Malkos展示一款創(chuàng)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(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)和高度計(jì)的航位推算功能相結(jié)合，用于確定位置信息。它被稱為混合通用位置應(yīng)用 （HULA），使用Kalman過濾器來補(bǔ)償單個傳感器的誤差，比如GPS信號受阻或者影響磁力計(jì)讀數(shù)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(bǔ)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(jì)（上右）或一個陀螺儀（下左）來獲得。（來源：博通）

　　在“數(shù)據(jù)融合——MEMS應(yīng)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(gòu)師Tim Kelliher認(rèn)為，為滿足未來的需求，我們需要從“傳感器融合”走向“數(shù)據(jù)融合”，因?yàn)楝F(xiàn)在智能手機(jī)可以使用不同類型的數(shù)據(jù)，可以使其能夠提前預(yù)見你的需求，比如，當(dāng)你坐在影院里面時自動關(guān)掉你的手機(jī)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(dǎo)體MEMS與傳感器解決方案副總裁Janusz Bryzek預(yù)測，不遠(yuǎn)的將來，將有數(shù)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(jì)需要3億平米的硅基板。Bryzek追溯了MEMS傳感器的發(fā)展歷史，從1950年代一直到今天，預(yù)言MEMS市場的增長速度將繼續(xù)快于總體半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)（參見下圖），并呼吁夢想者和他們一起設(shè)想傳感器發(fā)展的路線圖——類似于國際半導(dǎo)體技術(shù)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(biāo)之一，Janusz Bryzek擔(dān)任該會議的主席。

　　MEMS芯片市場（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

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

　　醫(yī)用MEMS是最新的領(lǐng)域，美國食品及藥物管理局（FDA）已批準(zhǔn)十幾種基于MEMS的健康監(jiān)控設(shè)備，比如Preventice公司的BodyGuardian遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，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(fā)送給醫(yī)療人員，從而幫助老年人安享晚年，病人更早地安全離開醫(yī)院，從而減輕醫(yī)院人滿為患的問題。

　　“我們的目標(biāo)是讓病人把醫(yī)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(yīng)用”?！巴ㄟ^使用可穿戴設(shè)備和相關(guān)設(shè)備用于診斷、治療和康復(fù)計(jì)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(hù)。”

　　據(jù)A.M. Fitzgerald & Associates LLC（美國加州）創(chuàng)始人Alissa Fitzgerald，MEMS在醫(yī)療保健領(lǐng)域的下一個應(yīng)用前沿是可植入傳感器。她的公司已向幾十家客戶提供關(guān)于整個MEMS器件技術(shù)開發(fā)周期的建議，從商業(yè)和IP策略，到初始設(shè)計(jì)、原型生產(chǎn)和代工轉(zhuǎn)移。

　　Fitzgerald表示：“MEMS將改變醫(yī)療保健和健康的未來，它能更加精確地感測人體生理狀況，從而實(shí)現(xiàn)更好的診斷與更有效的治療?！?/p>

　　在其題為“MEMS整合到醫(yī)療解決方案所面臨的挑戰(zhàn)”的報告中，她討論了生物不相容性挑戰(zhàn)：硅芯片必須封裝起來，防止人體被芯片尖銳的邊角劃傷，同時需要防止芯片內(nèi)部被體液所腐蝕。她介紹了當(dāng)今最先進(jìn)的可植入MEMS器件，包括Debiotech公司（瑞士洛桑）與意法半導(dǎo)體合作開發(fā)的胰島素注射泵，可以自動向監(jiān)控糖尿病患者并釋放胰島素;CardioMEMS（美國）正在開發(fā)的可植入血壓監(jiān)測計(jì)。

　　Replenish公司的可植入微流體泵可以安置在眼內(nèi)，可以在需要時精確地釋出幾納升的藥物，可以持續(xù)工作九個月才需要重新裝藥

　　在最后一場會議中，我作為主持人參加了一個小組討論會，題目是“MEMS與傳感器在醫(yī)療保健與健康領(lǐng)域的未來”，Replenish公司（美國加州）的MEMS制程工程師Blake Axelrod介紹了一種迄今最大膽的可植入MEMS器件：可以植入到眼內(nèi)的一種微流體泵，可以在需要時精確地釋出幾納升的藥物，可以持續(xù)工作九個月才需要重新裝藥。