走向“数据融合” MEMS传感器创新可穿戴与医疗应用

　　PNI总裁兼执行长Becky Oh发表该公司最新的进展──一款1.5x1.5x0.5mm的微型芯片，该芯片可以执行复杂的传感器融合功能，代替任何厂商的加速计、陀螺仪、磁力计和高度计，然后把位置信息传送给应用处理器。该芯片名为“Sentral”，这种机器状态芯片在功能方面类似于苹果最近宣布的用于iPhone 5s的M7传感器融合芯片，都是把传感器融合功能从应用处理器卸除，而只消耗应用处理器的1%功率。

　　博通公司（Broadcom）资深产品经理Steve Malkos展示一款创新传感器融合演算法HULA （Hybrid Universal Location Application），可以通过把GPS信息与加速计、陀螺仪、磁力计和高度计的航位推算功能相结合，用于确定位置信息。它被称为混合通用位置应用 （HULA），使用Kalman过滤器来补偿单个传感器的误差，比如GPS信号受阻或者影响磁力计读数的杂散磁场，从而获得更加精确的位置信息。

　　

　　博通的HULA，使用Kalman过滤器来补偿单个传感器的误差，从而获得更加精确的位置信息（下右），这些信息可以用一个磁力计（上右）或一个陀螺仪（下左）来获得。（来源：博通）

　　在“数据融合——MEMS应用的基石”会场，Movea Inc. （美国加州普莱森顿市）的客户解决方案架构师Tim Kelliher认为，为满足未来的需求，我们需要从“传感器融合”走向“数据融合”，因为现在智能手机可以使用不同类型的数据，可以使其能够提前预见你的需求，比如，当你坐在影院里面时自动关掉你的手机铃声。

　　在一个名为“MEMS与传感器，通向主流之旅”的会场，飞兆半导体MEMS与传感器解决方案副总裁Janusz Bryzek预测，不远的将来，将有数万亿个传感器布署在全球各地，需要1.3亿个8英寸ASIC晶圆和2.6亿个8英寸MEMS晶圆，总计需要3亿平米的硅基板。Bryzek追溯了MEMS传感器的发展历史，从1950年代一直到今天，预言MEMS市场的增长速度将继续快于总体半导体产业（参见下图），并呼吁梦想者和他们一起设想传感器发展的路线图——类似于国际半导体技术路线图。这将是“万亿传感器峰会”（2013年10月23-25日，美国加州斯坦福）的目标之一，Janusz Bryzek担任该会议的主席。

　　

　　MEMS芯片市场（绿线）较半导体市场（蓝线）的成长更快，并将在2023年达到1兆片的市场规模

　　在一个题为“MEMS与传感器将在可穿戴产品及我们使用的一切物品中无处不在，创造一个更加完全、更加方便和更加高效的新世界”的主旨发言中，意法半导体模拟、MEMS与传感器执行副总裁兼总经理Benedetto Vigna把繁荣发展的消费MEMS市场与快速增长的医疗保健和健康MEMS市场联系在了一起。Vigna追溯了人机界面的历史，从键盘到鼠标，直到当今利用动作感应MEMS传感器来控制机器，比如任天堂的Wii。由于这些成果，目前各种新型人机界面选择急剧增多，促使触摸、手势、语音和图像识别在消费产品中日益流行。现在消费者的兴趣已被点燃，向采用同样MEMS传感器的可穿戴产品的过渡正在进行之中，比如Fitbit和Nike Fuelband，这些产品通过追踪人们的活动水平来督促健身。

　　医用MEMS是最新的领域，美国食品及药物管理局（FDA）已批准十几种基于MEMS的健康监控设备，比如Preventice公司的BodyGuardian远程监控系统，它把一个胶带直接贴在人体上，然后随时把心电图、心率、呼吸率和活动水平通过无线方式发送给医疗人员，从而帮助老年人安享晚年，病人更早地安全离开医院，从而减轻医院人满为患的问题。

　　“我们的目标是让病人把医院带回家，” Preventice的高级营销副总裁Michael Emerson在报告中表示，主题是“MEMS在诊断与治疗中的应用”。“通过使用可穿戴设备和相关设备用于诊断、治疗和康复计划管理，我们能够改善病人参与、降低成本和提供更好的病人看护。”

　　据A.M. Fitzgerald & Associates LLC（美国加州）创始人Alissa Fitzgerald，MEMS在医疗保健领域的下一个应用前沿是可植入传感器。她的公司已向几十家客户提供关于整个MEMS器件技术开发周期的建议，从商业和IP策略，到初始设计、原型生产和代工转移。

　　Fitzgerald表示：“MEMS将改变医疗保健和健康的未来，它能更加精确地感测人体生理状况，从而实现更好的诊断与更有效的治疗。”

　　在其题为“MEMS整合到医疗解决方案所面临的挑战”的报告中，她讨论了生物不相容性挑战：硅芯片必须封装起来，防止人体被芯片尖锐的边角划伤，同时需要防止芯片内部被体液所腐蚀。她介绍了当今最先进的可植入MEMS器件，包括Debiotech公司（瑞士洛桑）与意法半导体合作开发的胰岛素注射泵，可以自动向监控糖尿病患者并释放胰岛素;CardioMEMS（美国）正在开发的可植入血压监测计。

　　

　　Replenish公司的可植入微流体泵可以安置在眼内，可以在需要时精确地释出几纳升的药物，可以持续工作九个月才需要重新装药

　　在最后一场会议中，我作为主持人参加了一个小组讨论会，题目是“MEMS与传感器在医疗保健与健康领域的未来”，Replenish公司（美国加州）的MEMS制程工程师Blake Axelrod介绍了一种迄今最大胆的可植入MEMS器件：可以植入到眼内的一种微流体泵，可以在需要时精确地释出几纳升的药物，可以持续工作九个月才需要重新装药。