基于微機(jī)電系統(tǒng)的智能手表

新型手表電機(jī)技術(shù)試圖超越智能手表。

半個多世紀(jì)以來，一直是計時市場支柱的指針式石英手表終于要進(jìn)行高技術(shù)改造了？使用硅微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）生產(chǎn)的用于指針式手表的全新手表電機(jī)，與目前手表中使用的標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)電機(jī)相比，其尺寸縮小一半，效率大約是前者的3倍。

在當(dāng)今這個智能手表的時代，指針式手表真的可行嗎？

了解一下現(xiàn)實情況。根據(jù)研究公司搜集的數(shù)據(jù)，近年來，指針式石英手表實際上占據(jù)了傳統(tǒng)手表市場近3/4的份額，2023年，其整體市值約為660億美元，估計略高于全球智能手表市場。

但是，當(dāng)今的指針式石英手表在技術(shù)上與第一款石英表相比沒有變化。57年前，瑞士財團(tuán)和日本鐘表制造商精工株式會社推出第一款石英表。這些手表與今天的手表一樣，使用一種名為拉維特（Lavet）的同步直流步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)由法國工程師馬里烏斯?拉維特（Marius Lavet）于1936年發(fā)明。

1996年，法國工程師帕特里斯?米諾蒂（Patrice Minotti）抓住了使用硅微機(jī)電系統(tǒng)制造手表電機(jī)的想法。米諾蒂在一封電子郵件中寫道：“我個人受到了第一臺集成電路靜電式電機(jī)的啟發(fā)，第一臺基于集成電路的微機(jī)電系統(tǒng)電機(jī)是（加州大學(xué)伯克利分校的）理查德?穆勒（Richard Muller）幾年前發(fā)明的。雖然它是一個令人贊嘆的實驗室演示品，但到目前為止，它還不能驅(qū)動手表的指針……而我設(shè)想了一種新的微機(jī)電系統(tǒng)電機(jī)架構(gòu)，它能夠大幅提高當(dāng)前最先進(jìn)的靜電微機(jī)電電機(jī)的驅(qū)動扭矩?！?/p>

微機(jī)電系統(tǒng)采用的是梳狀驅(qū)動式致動器。要理解其工作原理，可以設(shè)想兩個梳齒間隔很大的梳子，它們面對面擺放，梳齒交錯。施加在每個梳子上的電壓產(chǎn)生靜電吸引力或排斥力，使得兩個梳子相互靠近或遠(yuǎn)離。移動的梳子與杠桿和曲軸連接，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

一個巨大的挑戰(zhàn)是需要2000個這樣的梳子，才能產(chǎn)生足夠的扭矩來直接移動手表的指針，而不用任何齒輪裝置。 此外，還有一個難點：需要利用3伏手表電池產(chǎn)生110伏信號，為靜電梳狀驅(qū)動器供電。目前的微機(jī)電電機(jī)是通過僅占用2平方毫米的專用集成電路來實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的。

通過調(diào)整微機(jī)電電機(jī)設(shè)計形式，易于手表制造商生產(chǎn)制造。他們目前的形式是，電機(jī)（每根手表指針一個）和手表的所有其他部件都可直接焊接在一個安裝于表面的印刷電路板上。

這種緊湊性和易集成性對混合式智能手表制造商尤其有利。這些手表具有智能手表的許多功能，例如脈搏和睡眠監(jiān)測、健身跟蹤、藍(lán)牙通信、信息顯示等，也像傳統(tǒng)的指針式手表一樣有指針，當(dāng)然，也有電機(jī)?；旌鲜绞直碛捎诒仨殞㈦姍C(jī)與各種電子傳感器和顯示器結(jié)合起來，因此其尺寸一般很大，表殼內(nèi)的空間往往很擠。

人們很看好這些混合式智能手表市場的擴(kuò)張，其電機(jī)非常適合這些手表?！霸谝豢畹湫偷幕旌鲜街悄苁直碇?，電機(jī)占據(jù)了表殼內(nèi)部70%的空間。”因此，微機(jī)電電機(jī)的尺寸越小，意味著有越多的空間來容納其他電子元件和傳感器?；蛘?，最終可制成足夠小巧的手表，適合一般粗細(xì)手腕的人佩戴。

此外，微機(jī)電電機(jī)可以直接與其他電子元件集成，因此制造更簡單。研究人員表示：“可以認(rèn)為所有的手表、可穿戴設(shè)備都將實現(xiàn)完全電子化?！?/p>

審核編輯：黃飛