迷人的相似之处：人类内耳与村田MEMS传感器

精妙的对应：人体内耳与村田MEMS传感器

惯性传感器（如陀螺仪和加速度计）与人类耳内的感知器官具有相似性。这些生物机制正启迪着自动驾驶等现代技术的发展。

陀螺仪与加速度计能够提供物体的朝向、运动与平衡信息。而人体内恰好存在与这两种设备功能相近的感知结构。在实现人类任务自动化（如自动驾驶）时，理解自身传感器的运作原理至关重要。在探讨自动驾驶技术与计算机视觉之前，我们不妨先审视人耳的工作机制。

半规管系统
双耳各有一套位于三个不同平面的半规管。内耳的膜迷路中充满名为内淋巴液的液体，这些管道负责侦测头部在三维空间中的角运动：俯仰（前后摆动）、偏航（左右转动）及侧滚（头部倾斜）。当头部旋转时，管内液体的流动会驱使毛细胞弯曲，产生神经信号传至大脑，从而判断转动方向与速度。

自动化系统中的传感器与控制系统可实现类似头部转动时视觉稳定的功能，此机制被称为前庭眼动反射。

球囊与椭圆囊
作为耳石器官的球囊和椭圆囊位于内耳前庭中，紧邻半规管。其毛细胞嵌入凝胶状物质，表面附着耳石（碳酸钙晶体）。这两个器官正是人体的加速度传感器——球囊对垂直运动更敏感，椭圆囊则主要感知水平运动。

当人体前行、急停或头部相对于重力的朝向改变时，凝胶物质会相对于毛细胞产生位移。这种弯曲将被转化为神经信号传递至大脑，提供各轴向的运动信息。

生物机理的技术启示
半规管承担了陀螺仪的功能，而球囊与椭圆囊则扮演了加速度计的角色。惯性传感器数据的处理具有高度复杂性，涉及非对易性运算等高级计算。人类大脑能否进行非对易性运算？有物理学家提出，人类对时间的感知正是源于非对易性！这为探索人机交互与辅助技术提供了极具价值的研究方向。

科学引领技术革新
大脑会整合这些类陀螺仪/加速度计传感器的信号，并融合本体感觉与视觉系统的信息。这种整合帮助我们维持平衡、协调运动、感知自身在环境中的位置。

当各系统间信息失配时，就会引发眩晕等常见感受。过山车上独特的失重感与腹部悸动，正是这些感知系统在高速运动与方向突变时复杂互动的体现。

我们甚至可运用爱因斯坦等效原理解释：当感受到向下引力时，亦可理解为正向上加速。而这正是机械式加速度计的实际测量原理。

人体启发的技术创新
人类不仅通过内耳感知运动，更能通过腹部直觉感受位移。北欧惯性科技公司正是借鉴人体这些精妙机能，运用村田传感器开发现代测量系统。

 

 

 

 

• SCH16T-K01包括一颗先进的MEMS陀螺仪，其典型零偏不稳定性为0.5 dph，噪声密度达0.3 mdps/√Hz。SCH16T-K01还包含一颗MEMS加速度计，动态范围高达26 g，可抵抗饱和和振动。总体来说，SCH16T-K01在整个温度范围内表现出了卓越的线性和偏移稳定性。
  
   
• SCH16T-K01的输出经过内部交叉轴补偿，无需在用户端进行大量校准。此外，通过集成这些功能，SCH16T-K01可以在无需现场校准的情况下，在机器控制和引导方面提供令人难以置信的精确测量。
  
   
• SCH16T-K01非常适合在严苛环境条件下追求高性能的应用，其典型应用包括：
  
  - 惯性测量单元（IMU）
  - 惯性导航和定位
  - 机器控制和引导
  - 动态倾角
  - 机器人控制和无人机