Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2012 №10

Мобильные МЭМС-интерфейсы: многообразие технологий и применений

Сысоева Светлана


Высокообъемная ниша потребительской электроники активно развивается ввиду неослабевающего рыночного спроса со стороны потребителей и конкуренции ведущих производителей и поставщиков компонентов, а также привлекает новых игроков. Для дифференциации своих продуктов и рыночные лидеры, и стартап-компании разрабатывают новые технологии, виды применения и компоненты для интегрированных мобильных интерфейсов (человек-машина, машина-среда, машина-машина). Преимущества МЭМС-технологий в этом трудно переоценить: миниатюрные, маломощные, высоконадежные и недорогие устройства с высоким уровнем достижимых ими характеристик обладают уникальной способностью системной интеграции с электронными устройствами любого уровня (макро, микро, нано) и идеально вписываются в дизайн портативных мобильных терминалов, автомобильной, промышленной или домашней электроники.

Введение

Смартфоны — самый популярный и продаваемый тип мобильных устройств, интегрирующий практически все известные интеллектуальные встроенные решения для удовлетворения потребностей пользователей в информации, коммуникации и развлечениях, а также решения бизнес-задач.

Смартфоны — это персональные ассистенты пользователя с функциями мобильной телефонной связи, доступа в Интернет, IP-телефонии, съемки и просмотра фото и видео HD-качества, ТВ, обмена мультимедийным контентом, видеозвонков, GPS-навигации. Смартфоны предоставляют владельцу доступ в огромный мир мобильных приложений и другие возможности, список которых варьируется в зависимости от модели и назначения устройства и постоянно пополняется (рис. 1). Новые функции смартфонов обеспечиваются посредством мобильных интерфейсов, основные категории которых включают дисплейные и сенсорные интерфейсы вместе с широкими возможностями беспроводной коммуникации — посредством Wi-Fi, Bluetooth, DLNA и следующего поколения высокоскоростных беспроводных коммуникационных стандартов 4G LTE.

 Многофункциональные High-End смартфоны c расширенным пользовательским интерфейсом

Рис. 1. Многофункциональные High-End смартфоны c расширенным пользовательским интерфейсом: а) HTC Sensation; б) Samsung Galaxy SIII

Это не только усилило популярность смартфонов среди пользователей, но и привело к развитию идеи мобильных терминалов для всеобъемлющего контроля окружения, включающего машины, управляемую и неуправляемую окружающую среду и самого пользователя. Применения мобильных терминалов включают уже не только пользовательскую электронику, но и автоматизацию зданий, сооружений, систем безопасности, а также автомобильную, промышленную и медицинскую электронику.

Мобильный контроль выполняется посредством разнообразных мобильных интерфейсов, среди которых выделяются следующие основные категории:

  • Человек-машина: пользовательский интерфейс смартфона.
  • Машина-машина: мобильный терминал применяется для контроля другой машины.
  • Машина-окружение: смартфон выступает как мобильный терминал для связи с системным компонентом контроля искусственного (управляемого) или неуправляемого окружения (сенсорный контроль).

Человеко-машинный интерфейс (Human machine interface, HMI) — широкое понятие, охватывающее все инженерные решения, обеспечивающие взаимодействие человека с управляемыми им машинами. В эту категорию традиционно входят дисплеи, клавиатуры, кнопки и джойстики, а также переключатели, ручки и рычаги.

Пользовательские интерфейсы смартфона — это категория, описывающая двустороннее взаимодействие, в котором одна сторона представлена человеком (пользователем), а другая — машиной, устройством (смартфоном).

Большое развитие получили дисплейные и сенсорные технологии для пользовательского интерфейса — тактильные, дисплейные, жестовые, тач-интерфейсы, голосовой интерфейс с распознаванием речи. На подходе технологии видеоинтерфейса с пользователем и тактильных интерфейсов для сенсорных экранов.

Новые пользовательские интерфейсы становятся более интуитивными, удобными для использования (юзабельными). Во многом это достигается благодаря более высокому уровню системной и мультисенсорной интеграции, который могут обеспечить МЭМС-технологии, успешно интегрируемые с электроникой, между собой и другими типами устройств на любом уровне (макро, микро, нано).

Смартфоны включают значительное число применений МЭМС, в число которых входят МЭМС-дисплеи, жестовые интерфейсы, ВЧ-компоненты, камеры с МЭМС-автофокусировкой, МЭМС-проекторы и многие другие.

Важнейшая составляющая пользовательского интерфейса — дисплеи, так как без достаточной яркости отображения информационные функции и всевозможные функциональные надстройки — например, контекстная осведомленность — становятся невозможны.

Помимо того, что производители непрерывно работают над повышением качества дисплейного отображения (Qualcomm, Samsung (www.samsung.com)), что также достигается благодаря преимуществам технологии МЭМС (Qualcomm), достижением последних лет стало то, что дисплеи из средства визуализации графической информации превратились в интеллектуальные устройства ввода. Дисплеи как сенсорные интерфейсы также могут использовать преимущества технологии МЭМС или ее возможности системной интеграции.

Экран телефона HTC (www.htc.com) Sensation, гаснущий во время телефонного разговора, включается, когда пользователь переместит телефон от уха, чтобы взглянуть на экран (рис. 1а). В это время на экране для пользователя становятся доступными тач-кнопки выключения микрофона и завершения вызова. Когда пользователь начинает писать сообщение, на экране автоматически высвечивается виртуальная клавиатура. Для увеличения размера экранного отображения пользователь может изменить ориентацию экрана на альбомную, что регистрируется МЭМС-инклинометром и вызывает автоматический поворот изображения на экране. Еще большего увеличения можно достичь, легко постучав по экрану.

Жестовые интерфейсы посредством МЭМС-датчиков движения также широко используются вместо физических кнопок и джойстиков. Сравнительно недавно появившийся дисплейный метод ввода мультитач (с несколькими точками касания, сложными движениями) уже является стандартом де-факто, а инновации в этой сфере включают 3D тач-ввод от NextInput (www.nextinput.com), доступный посредством датчиков давления для сенсорного (пальцами) или гибридного (с помощью стилоса) интерфейса.

Тактильная экранная клавиатура, разработанная фирмой Tactus Technology (www.tactustechnology.com), способна создавать выпуклости в месте клавиш посредством нагнетания в них специальной прозрачной жидкости (микрофлюидика). Эти клавиши различимы на ощупь, но бесследно исчезают, если клавиатура не нужна. Тактильный слой имеет ту же толщину, что и обычное защитное стекло.

Финская фирма Senseg (www.senseg.com) разработала дисплей на основе электростатического эффекта, используя тонкую пленку с прозрачными проводниками, нанесенными поверх экрана, что позволяет создавать тактильные ощущения, соответствующие выпуклостям или впадинам, и другие — в произвольном месте экрана.

Стали доступными проекционные и голографические мобильные дисплеи. Например, телефон Samsung Galaxy Beam включает встроенный модуль проектора на основе технологии DLP TI (www.ti.com). Лазерная технология PicoP от Microvision (www.microvision.com) второго поколения обещает повышение характеристик, уменьшение размера и удешевление технологий мобильных пикопроекторов. В перспективе виртуальные дисплеи позволят осуществлять визуализацию в 3D-формате и использовать методы ввода touch, multi-touch, 3D touch и даже испытывать тактильные ощущения. Например, в Токийском университете разработан тактильный интерфейс для голографического изображения без каких-либо механических элементов, основанный на фокусировке звуковых волн для создания тактильных ощущений.

Потребности в мобильных интерфейсах растут, и современные мобильные устройства способны осуществлять еще более полное обслуживание пользователя. Это становится возможным благодаря дальнейшему развитию интегрированных мультисенсорных решений, технологиям слияния сенсорных данных при объединении нескольких датчиков с процессором в сенсорном узле, которое демонстрируют технологии датчиков инерции (Invensense (www.invensense.com), ST, Freescale (www.freescale.com)).

Для мобильных датчиков весьма ярко проявляется тенденция выхода в 3D-измерение вместо 2D. Жестовые интерфейсы стали полностью 3D (и даже более — имеющими 6D, 9D, 10D и более (ND) степеней свободы, возможных при объединении с другими датчиками). Аналогичные возможности существуют и для других типов датчиков. Детектировать жесты можно посредством микрофонов (Microsoft (www.microsoft.com)) или камер (Omron (www.omron.com)).

Не только датчики инерции могут интегрироваться вместе или с другими типами датчиков. Такая возможность существует, например, для микрофонов, что допускает, например, 3D или стереомультимикрофонную аудиозапись с отменой шумов посредством тыльных микрофонов в параллели с активным голосовым интерфейсом пользователя с помощью фронтальных микрофонов.

Голосовой интерфейс отличается высокой способностью к использованию (юзабилити). Galaxy SIII (рис. 1б) можно, например, попросить отодвинуть сигнал будильника на несколько минут. Ответить на вызов (или отклонить его), уменьшить громкость музыки и даже сделать снимок — все это также можно сделать посредством голоса.

Голосовой интерфейс распространяется и в автомобилях. В будущем поговорить можно будет со своим домом: сейчас разрабатывается проект сенсорной экосистемы по голосовой автоматизации EC (Distant Speech Interaction for Robust Home Applications, DIRHA (http://dirha.fbk.eu)).

Технологии камер, которые мигрировали от обычных VGA до HD высокоразрешающих (оба High-End смартфона на рис. 1 обладают разрешением главных камер в 8 Мпикселей, но инновации уже допускают разрешение от 12 Мпикселей и выше), развиваются во многих направлениях. Новые High-End технологии камер включают заднее освещение пикселя (BSI), допускающее более высокий фактор его заполнения (Omnivision (www.ovt.com), Sony), автофокусировку, оптическое зуммирование и стабилизацию изображений (Tessera (www.tessera.com), poLight (www.polight.com)).

Недорогие системы сформировали спрос на камеры на уровне пластины (Wafer Level Cameras), цифровую автофокусировку с расширенной глубиной фокуса eDoF (extended Depth of Focus) или автофокусировку/зуммирование на уровне пластины.

В перспективе мобильные устройства смогут вместо 2D- использовать 3D-камеры — автостереоскопические камеры, включающие два датчика изображения, разнесенные на расстояние 60–65 мм — для съемок в 3D-формате и последующего просмотра без очков.

Технология распознавания лиц, которая успешно реализована в смарт-ТВ, проникает и в мобильные устройства.

Мобильные ОС Google Android 4.0 (Ice Cream Sandwich — последняя версия платформы Android для телефонов и планшетов) и Android 4.1 (Jelly Bean) поддерживают эту технологию.

Технология распознавания лиц при фотосъемках, например, в HTC Sensation, помогает автоматически обнаруживать лица и настраивать фокус. Фото- и видеосъемка HTC Sensation других объектов допускает масштабирование и автофокусировку в центре экрана, причем можно перефокусироваться на другой объект съемки, используя тач-фокус.

Функция Buddy photo share Samsung Galaxy SIII позволяет управлять и делиться фотографиями. Смартфон распознает лица и соединяет их, используя профиль групп. Для мгновенного обмена фотографиями теперь достаточно одного прикосновения.

Благодаря инновационной функции Smart stay смартфон Samsung Galaxy SIII (рис. 1б) улавливает фронтальной камерой взгляд пользователя и автоматически поддерживает яркость дисплея на комфортном уровне.

В смартфонах и камерах стала популярна опция фото- и видеосъемок с геометками: с ее помощью можно связать снимки с местом на картах, в котором они были сделаны, используя для этого сигнал GPS.

Совместное использование камер и технологий определения местоположения (GPS, а также с использованием базовых станций сотовых сетей GSM и UMTS или точек доступа Wi-Fi и датчиков инерции) имеет перспективы для создания дополненной реальности, получения контекстной и ситуационной осведомленности.

Контекстная осведомленность в мобильных устройствах — надстройка над осведомленностью о местоположении, доступной посредством GPS или других сигналов (рис. 2а).

Мобильные технологии, доступные посредством GPS и камер

Рис. 2. Мобильные технологии, доступные посредством GPS и камер: а, б) LBS-сервисы HTC Sensation: а) виртуальный указатель местоположения поверх вида со спутника на экране; б) прокладка маршрута; в, г) концепции дополненной реальности и контекстной осведомленности от Freescale: в) примерный вид на экране; г) в основе дополненной реальности — технологии сенсорного слияния Xtrinsic; д) платформа дополненной реальности для смартфонов Qualcomm Vuforia

Информация о местоположении лежит в основе LBS-сервисов, включающих:

  • предоставление пользователю данных об окружающей обстановке посредством географических карт, включая режим отображения 3D (рис. 2а);
  • прокладку маршрутов (рис. 2б);
  • поиск объектов, оснащенных GPS-прием-ником и GSM-модулем.

LBS — это часть пользовательского контекста, полный набор которого включает информационный, медиа и образовательный контекст, услуги и рекламу, а также список предустановленных пользовательских предпочтений и отфильтрованные согласно этому списку все доступные поблизости ресурсы. Согласно концепции проникающей или распространяющейся контекстной осведомленности мобильные системы рассматриваются как обладающие способностями интерфейса с физическим окружением и адаптации к нему.

Дополненная реальность (augmented reality, AR) — термин, относящийся ко всем технологиям дополнения реальности любыми (не только визуальными) виртуальными элементами. Результатом дополнения становится смешанная реальность, которая может быть также результатом «дополненной виртуальности» (реальные объекты интегрируются в виртуальную среду).

Дополненная реальность на экране мобильного телефона ассоциируется со слоями виртуальных объектов поверх вида от главной камеры, привязанных к реальным объектам (рис. 2в). Freescale связывает технологии дополненной реальности и слияния сенсорных данных (рис. 2г). А компания Qualcomm (www.qualcomm.com) разработала ПО, которое выделяет виртуальными элементами дополненной реальности кнопки на изображении телефона, когда пользователь наводит камеру на офисный телефон (рис. 2д). Но и эти технологии не стоят на месте, и концепция дополненной реальности уже включает не только видео-, но и аудиослои (STMicroelectronics (www.st.com)).

Мобильное устройство, взаимодействующее с человеком, может выступать и как устройство ввода/вывода в системах управления машинами, для более полного контроля окружения. Известно, что смартфоны могут делиться контентом с другими устройствами через беспроводные сети DLNA и Wi-Fi (функция AllShare Play Galaxy SIII). Известны примеры использования смартфонов в автомобилях. Компания Mobileye (www.mobileye.com) разработала первые в мире системы помощи водителю ADAS, основанные на использовании дисплея смартфона. Такая функциональность реализуется посредством Bluetooth-каналов связи смартфона и автомобильных систем безопасности вместе с приложением для смартфонов от Mobileye.

Будущие системы предполагают возможность мобильного контроля домашней электроники, освещения, производственных процессов, окружающей среды — с помощью встроенных датчиков и беспроводных компонентов и соответствующего программного обеспечения. Мобильный контроль может быть автоматическим — в том числе и без интерфейса с человеком — посредством одной телематики машин (M2M), интерфейса машина-машина MMI (Machine-Machine Interface) или мобильного интерфейса машина-окружение MEI (Machine-Environment Interface).

MMI обобщает способы физического взаимодействия машины или оборудования с другой машиной или компонентом, являющимся частью оборудования или системы управления. Способы физического взаимодействия мобильного терминала включают непосредственную беспроводную коммуникацию с компонентами — датчиками, актюаторами, логгерами данных и другими системными компонентами или трехсторонний вариант коммуникации с использованием интернет-серверов.

MEI представляет собой способ взаимодействия машины, компонента, части окружающей систему среды для анализа влияния среды на систему, включающую машину. Этот интерфейс — необходимый компонент сенсорных экосистем и человеко-машинного интерфейса и интерфейса машина-машина для оценки влияния системы на эргономику, а в случае с пользовательскими мобильными терминалами — для удовлетворения потребностей пользователя в информации и развлечениях согласно внешним условиям.

Количественный набор и качество мобильных интерфейсов на всех известных и возможных уровнях — человек-машина, машина-среда, машина-машина, человек-машина-среда, человек-машина-машина, человек-машина-человек и т. п. — сегодня важнейшие средства дифференциации мобильного продукта в условиях рыночной конкуренции в сегменте потребительской электроники. В борьбе за этот рынок и глобальные лидеры, и стартап-компании непрерывно работают не только над тем, чтобы устанавливать новые стандарты де-факто для мобильных датчиков инерции, камер, дисплеев, микрофонов и МЭМС, но и разрабатывают новые средства дифференциации для мобильных терминалов — новые виды применения, технологии и системные компоненты для инновационных интерфейсов.

В статье вниманию читателя представлена подборка мобильных применений и технологий МЭМС для осуществления интерфейсов, позволяющих уникально дифференцировать мобильный продукт. Некоторые из них уже достигли стадии коммерциализации, а другие еще находятся в стадии разработки или исследований. Все вместе они показывают неограниченные возможности применения мобильных технологий МЭМС в составе терминалов следующего поколения как устройств интерфейса с человеком, машиной или окружением.

Линейка человеко-машинных интерфейсов, признанных лучшими

Mirasol от Qualcomm — первый дисплейный MEMS-интерфейс, независимый от окружающего освещения

Mirasol компании Qualcomm (www.qualcomm.com) представляет собой первый МЭМС-дисплей, занимающий промежуточное положение между LCD и электронными чернилами E-ink (www.eink.com) и обладающий преимуществами обеих технологий. В категории «Дисплей года» на SID Display Week 2012 дисплейная технология Qualcomm Mirasol получила серебряную награду.

Большинство современных мобильных устройств построено на LCD-дисплеях, являющихся интерфейсами для полноцветного воспроизведения статических изображений и видео с высоким разрешением. Хорошо известные недостатки ЖК-дисплеев состоят в необходимости задней подсветки и соответствующем потреблении мощности, что ограничивает время работы мобильных устройств от аккумулятора. Кроме того, для LCD является фактом плохая читаемость или полная неразличимость информации при ярком солнечном свете.

Технология электронных чернил, разработанная американской фирмой E-Ink для электронных книг и использующая эффект электрофореза — свойства заряженных частиц в жидкости перемещаться от одного электрода к другому, обеспечивает контрастность, достаточную для чтения в условиях солнечного освещения, является бистабильной и потребляет значительно меньше мощности, чем ЖК. Эта технология также позволяет достичь очень высокого разрешения дисплеев. Оптическое состояние чернил после приложения импульса напряжения стабильно, а это означает удобство чтения при наклонах устройства, под разным углом зрения и отсутствие мерцания.

У технологии есть недостаток — слабые графические характеристики; воспроизведение видео с этой технологией также пока недоступно. Однако следует отметить, что E-Ink Triton и E-Ink Pearl на 20% быстрее, чем предыдущее поколение электронных чернил, что позволяет просматривать более динамический контент и анимированную графику.

Для технологии Mirasol компании Qualcomm MEMS Technologies таких проблем с отображением цвета и видео не существовало изначально.

Решение для мобильных дисплеев от Qualcomm обладает преимуществами обеих технологий — и электронных дисплеев, и электронных чернил. Дисплеи Mirasol отображают цветные и интерактивные изображения независимо от условий освещения, включая яркий солнечный свет. Цветность и высокая скорость обновления информации достаточны для воспроизводства видео (30 FPS). Дисплеи Mirasol обеспечивают продолжительный срок работы от батареи.

Оригинальным разработчиком технологии является компания Iridigm Display Corp., которую компания Qualcomm приобрела в 2004 году.

Дисплеи Mirasol основаны на рефлективной технологии под названием IMOD (Interferometric Modulation) и включают структуры МЭМС-типа — рефлективные микромебраны в каждом дисплейном пикселе (рис. 3а–г).

Первый промышленно выпускаемый МЭМС дисплейный интерфейс

Рис. 3. Первый промышленно выпускаемый МЭМС дисплейный интерфейс, независимый от окружающего освещения: а–г) технология IMOD: а) элемент IMOD; б) видимый пиксель; в) невидимый (черный) пиксель; г) конфигурация пикселя; д) технология производства МЭМС-структур; е) применение в KYOBE eReader

В основе дисплея — IMOD-элементы с двумя стабильными состояниями (рис. 3а, б). Каждый пиксель представляет собой МЭМС-ячейку размером 38×38 мкм. Интерферометрический эффект создается посредством варьирования зазора между подвижными обкладками-зеркалами и стационарной стеклянной панелью. Величина воздушного зазора контролируется посредством приложения напряжения между двумя электродами. Пока не прикладывается напряжение, обкладки разделены, и свет, попадающий на подложку, отражается (рис. 3б). Дисплей отражает окружающий свет.

Отражательный принцип без использования подсветки соответствует низкому потреблению мощности (хотя стоит признать, что цвета несколько приглушены), а высокая отражательная способность — видимости дисплея в условиях прямого солнечного света, как у электронных чернил.

Когда прикладывается малое напряжение, обкладки соединяются вместе посредством электростатического привлечения, и свет поглощается: элемент становится черным (рис. 3в).

Цвет создается следующим образом. На базовом уровне дисплей Mirasol представляет собой оптическую резонансную полость, подобную обнаруженным в природе. Устройство состоит из самоподдерживающей деформируемой рефлективной мембраны и тонкопленочного стека-зеркала в оптической резонансной полости, которые оба размещены на прозрачной подложке.

Когда окружающий свет падает на структуру, он отражается от верха тонкопленочного стека и от рефлективной мембраны. При наличии зазора между отраженным светом определенной длины волны будет возникать незначительная фазовая разница. В зависимости от высоты и фазовой разницы одни волны будут интерферировать конструктивно, другие — деструктивно.

При наличии зазора каждая его величина будет соответствовать одному цвету. Для генерации трех базовых цветов необходимо три толщины воздушного зазора.

Полноцветный дисплей собирается посредством пространственного разнесения IMOD-элементов, отражающих красные, зеленые и синие волны.

Человеческий глаз будет получать цвет как усиленные волны определенной длины, а изображение на экране может переключаться между выбранным цветом и черным при изменении состояния мембраны. Это выполняется посредством приложения напряжения к электропроводному тонкопленочному стеку, защищенному слоем изолятора. Приложение напряжения притягивает мембрану, что усиливает только невидимые ультрафиолетовые волны в резонансной полости, а изображение на экране видится черным.

Толщина рефлективной мембраны представляет собой функцию величины зазора и допускает одно напряжение возбуждения для свертывания рефлективной мембраны с тремя различными воздушными зазорами.

Воздушные зазоры возникают благодаря принципу «жертвенного» слоя. Три ванадиевых слоя различной толщины депонируются прежде производства рефлективных мембран, и по окончании процесса вытравливается «жертвенный» оксид. Технология производства показана на рис. 3д.

Дисплеи Mirasol потребляют мощность, близкую к нулю, когда изображение на дисплее не изменяется, что делает их высокоэффективными и подходящими для мобильных устройств.

Преимущества технологии позволили ей найти применение в электронных книгах. В настоящее время выпускается четыре электронные книги на основе дисплейной технологии Mirasol — KYOBE eReader (рис. 3е), Bambook Sunflower Shanghai Nutshell (www.snda.com), Hanvon (www.hanvon.com/en) C18 и Koobe Jin Yong Reader (www.koobe.com.tw).

System Plus Consulting (www.systemplus.fr) изучила KYOBE eReader (рис. 3е) — первую электронную книгу с дисплеем Mirasol диагональю 5,7″ в XGA-формате (1024×768 пикселей, 223 ppi).

Дисплеи Mirasol представляют собой первые MEMS LCD. Сегодня эти дисплеи собираются на производственной линии 4G LCD Foxlink.

Технология в перспективе может иметь более широкое применение, и Qualcomm продолжает работать над повышением технологических способностей производственных процессов. Компания Qualcomm связывает будущее мобильной индустрии с ростом экономических возможностей в развивающихся странах.

В 2010 году Qualcomm инвестировала строительство специализированной линии производства дисплеев Mirasol 4.5G (730×920 мм), пуск которой был намечен на середину 2012 года.

Стоимость производства вследствие малой выработки и малых объемов оказалась высокой, хотя в дальнейшем ожидается, что цена дисплеев будет конкурентоспособной в сравнении с существующими LCD-дисплеями и E-Ink.

В связи с недостаточностью выработки в 2012 году компания изменила стратегию и перешла к лицензированию следующего поколения дисплеев и коммерциализации только определенных продуктов Mirasol.

MEMS touch-экран, основанный на массиве датчиков давления

С текущего года МЭМС-датчики давления уже используются в потребительских устройствах в пешеходной навигации с учетом высоты — локации этажей зданий при отсутствии сигнала GPS в пределах помещения и/или как вспомогательное навигационное средство, допускающее сбережение мощности. High-End смартфон Samsung и Google Galaxy Nexus и планшет Motorola (www.motorola.com) Xoom уже включают эти датчики.

Компания NextInput (www.nextinput.com), которая была основана в 2010 году, исследовала возможности применения датчиков давления в качестве новых путей интерфейса с электронными устройствами. Большинство смартфонов, представленных на современном рынке, используют либо резистивную, либо емкостную технологию осуществления дисплейного пользовательского интерфейса.

Компания NextInput разрабатывает МЭМС touch-экран, основанный на массиве малых датчиков давления, которые в перспективе будут иметь более низкую стоимость и использовать меньшую мощность, чем емкостные touch-экраны.

В апреле 2010 года компания направила на патентование touch-технологию, получившую название NextInput. Эта технология представляет собой тактильный, чувствительный к давлению метод интерфейса фактически с любым электронным устройством.

Инновационный путь взаимодействия с электронными устройствами состоит в том, что посредством силы и давления возможно определение не только того, где пользователь касается экрана, но и как сильно он его нажимает.

На основе этой идеи NextInput создала следующее поколение 3D touch-технологий, получивших названия ForceTouch и SoftTouch (рис. 4).

Инновационные Touch-технологии NextInput

Рис. 4. Инновационные Touch-технологии NextInput для 3D дисплейных интерфейсов: а) интерфейсное решение NextInput ForceTouch; б–з) преимущества технологии ForceTouch в сравнении с альтернативными решениями: б) сравнение с текущими технологиями: возможность точного 3D сенсорного мультитач-интерфейса и меньшее энергопотребление, низкая цена; в) улучшение создания контента; г) улучшение копирования и вставки; д) улучшение навигации документа; е) улучшение ввода текста; ж) высокая прочность дисплея, устойчивость к ударам; з) интерфейсное решение NextInput SoftTouch

Экраны ForceTouch легко обнаруживают и отслеживают множественные точки взаимодействия. Этот интерфейс создает 3D-карту градиентов давления через touch-поверхность. Решение является менее дорогим и использует меньше мощности, чем сравнимые решения от конкурентов, представленные на рынке.

Дизайн решения NextInput ForceTouch включает (рис. 4а):

  • жесткую поверхность (стекло, пластик);
  • один или несколько датчиков силы/давления под дисплейной поверхностью.

Технология обладает следующими признаками:

  • Чувствительность к силе: обнаружение локации и величины силы воздействия практически любого объекта — пальца, стилоса, пальца в перчатке.
  • Низкая цена: цена технологии ниже, чем у аналогичных решений.
  • Низкая потребляемая мощность: потребление мощности меньше, чем у конкурирующих touch-решений.
  • Динамический диапазон: допускает варьирование величины и локации воздействия силы нажатия в широком входном диапазоне; более точный входной контроль интерфейса.
  • Непрерывный вход: допускается широкий входной диапазон, а не только on/off или инкрементальный (относительный) вход.
  • Прочность: используются более прочные материалы.
  • Надежность: отсутствие движущихся частей исключает риск износа, минимизирует сбой.
  • Гибкость дизайна: технология допускает большую гибкость дизайна и выступает как уникальный дифференцирующий элемент продукта.

Преимущества технологии ForceTouch представлены на рис. 4б–ж.

Технология обеспечивает «продвинутые» способы 3D обнаружения жестов:

  • Гибридный ввод — использование пальцев и утонченных стилосов.
  • Более сильное или мягкое нажатие для прокрутки документа быстрее или медленнее.
  • Жесткое нажатие одним пальцем для быстрого зуммирования или медленное мягкое нажатие двумя пальцами для медленного зуммирования.
  • Контроль давления или силы.

Интерфейсное решение NextInput Soft-Touch состоит из следующих элементов (рис. 4з):

  • деформируемой жидкой или газовой ячейки (силиконовой гелевой или воздушной подушки);
  • одного или нескольких датчиков давления в гелевой подушке;
  • схемы для обработки датчиков давления и выведения величины и исходной точки воздействия давления на гелевую подушку;
  • интерфейса для передачи данных к хост-устройству;
  • прошивки NextInput и ПО с API.

Когда пользователь нажимает на гелевую подушку, интерфейс NextInput обнаруживает величину и локацию воздействия результирующей силы и посылает информацию хост-устройству для обработки.

Преимущества SoftTouch над традиционными технологиями пользовательских интерфейсов следующие:

  • Чувствительные к давлению и тактильные: обнаруживают давление и обеспечивают тактильную обратную связь в одном корпусе.
  • Низкая цена.
  • Малая потребляемая мощность.
  • Динамический диапазон входа: от тяжелых ударов до мягких касаний.
  • Непрерывный вход: широкий диапазон входа, а не только on/off или инкрементальный интерфейс.
  • Безопасность: обеспечивается амортизация для защиты и устройств, и пользователей.
  • Прочность: формируется герметичное уплотнение вокруг электроники, позволяющее работать в условиях электромагнитных помех.
  • Надежность вследствие отсутствия движущихся частей.
  • Гибкость дизайна: данная технология — уникальный дифференцирующий элемент продукта, есть возможность изменять дизайн.

Потенциал сбыта своей технологии для целевых рынков компания NextInput оценивает следующим образом:

  • Потребительская электроника: смартфоны, PDA, PND, периферия ПК.
  • Игрушки и видеоигры: виртуальные «любимцы», контроллеры видеоигр, электронные игры.
  • Профессиональная электроника: POS-системы, CAD/CAE-периферия ПК.
  • Автомобильная электроника: навигация, развлечения, круиз-контроль, системы подушек безопасности.
  • Медицинские устройства: ортопедические устройства для реабилитации, бионические протезы, устройства для мобильности, медицинские датчики.
  • Промышленный контроль, автоматизация домов, зданий/сооружений: переключатели, датчики приближения.

МЭМС-джойстик Knowles

Компания Knowles (www.knowles.com) — глобальный лидер в разработке технологий микроакустики и МЭМС.

Инновационные HID-технологии включают MEMS-джойстик — уникальный тактильный интерфейс (рис. 5). Это устройство создано для осуществления пользовательского интерфейса ручных мобильных устройств в целях навигации, прокрутки и игр, для которых touch-интерфейс был неудобен.

Knowles KMJ0401IC — кремниевый МЭМС пьезорезистивный джойстик с интегрированным CMOS-интерфейсом

Рис. 5. Knowles KMJ0401IC — кремниевый МЭМС пьезорезистивный джойстик с интегрированным CMOS-интерфейсом

МЭМС-джойстик Knowles KJ-33000 был отмечен как продукт 2011 года журналом Electronic Products за инновационный дизайн и достигнутые высокие характеристики.

KJ-33000 представляет собой ультрамаломощное МЭМС-устройство в малом корпусе (9,8×9,8×1,6 мм), дающее пользователю чувство реального джойстика с функциональностью скроллинга и навигации в диапазоне 360°.

Сенсорная технология — кремниевая пьезорезистивная MEMS с интегрированным CMOS-интерфейсом. Пьезорезистивные мосты измеряют напряжение, наведенное в кремнии при движении джойстика, и затем АЦП преобразует сигнал моста в цифровой код посредством интерфейса I2C.

Knowles продолжает работать над созданием джойстика, интегрированного в сотовый телефон для навигации по экрану. Кроме того, особого упоминания заслуживают достижения этой компании в отношении мобильных микрофонов.

По данным IHS iSuppli (www.isuppli.com), в 2012 году Knowles стала самым крупным поставщиком МЭМС-микрофонов в мире, а также вторым по величине на глобальном рынке поставщиком МЭМС для потребительских и мобильных устройств.

В мае 2012 года Knowles сообщила о том, что продажи SiSonicTM MEMS превысили 3 млрд единиц — это промышленный рекорд. Первый микрофон SiSonicTM был выпущен в 2003 году. Первый миллиард микрофонов был продан Knowles в августе 2009 года, второй — в мае 2011 года и менее чем за год — третий. В рейтинге 30 ведущих поставщиков МЭМС глобального масштаба компании Yole Développement (www.yole.fr) в 2011 году позиции Knowles поднялись с 13-го места до пятого.

Это также позволяет характеризовать динамику роста продаж MEMS-микрофонов для потребительской электроники и мобильных устройств как экспоненциальную. Инновации включают новые применения микрофонов и мультимикрофонные системы.

Новые применения МЭМС-микрофонов и мультимикрофонных систем

МЭМС-микрофоны соответствуют ценовым требованиям мобильных применений, что является их преимуществом перед ECM (electret condenser microphones). Они также обладают высокой надежностью и прочностью. Важнейшее преимущество технологии МЭМС — высокая степень аппаратной и программной интеграции с ASIC при дальнейшем снижении размеров корпусов модулей или кристаллов. МЭМС-микрофоны просты в исполнении и допускают однокристальную интеграцию — не только с ASIC, как раньше, но и между собой.

Спектр применений микрофонов в смартфонах растет и включает пробуждение систем посредством голосовых команд, осуществление Skype-звонков и контроль речи с помощью фронтального микрофона, отмену шумов посредством заднего микрофона при съемках с одновременной аудиозаписью посредством микрофона во фронтальной панели, а также отмену шумов для наушников, контекстная информированность для которых может исключить или, наоборот, создать искусственный эффект окклюзии1.

Пользователь может переключаться между режимами, или интеллектуальная система контекстной осведомленности может при необходимости переключаться в режим телефона или восприятия речи, допустить реакцию на важные звуки для поддержания безопасности. Система может также использовать вход датчиков инерции или местоположения для определения точек/объектов интереса пользователя, фокусировки на звуках из этого направления или наложения аудиослоя дополненной реальности согласно данному контексту.

Назначение мультисенсорных систем, объединенных на аппаратном и программном уровне вместе с ASIC и ПО, — повышение контекстной или ситуационной осведомленности. Не только МЭМС инерциальные датчики могут интегрироваться вместе, но и многие другие МЭМС-датчики и компоненты. Тому пример — мультисенсорные системы МЭМС-микрофонов, разработанные STMicroelectronics.

ST (www.st.com) — первая в мире компания, которая производит микрофоны для потребительской электроники в пластиковых корпусах (рис. 6а). Другие производители МЭМС-микрофонов используют металлические крышки. Микрофоны ST основаны на технологии Omron. Размер микрофонного кристалла снижен до 2×2 мм, что является очередным шагом к дальнейшей миниатюризации, следующий этап которой будет соответствовать встраиванию микрофонов в кремниевые полости.

 Инновационные микрофоны ST в мобильных устройствах следующего поколения и мультимикрофонных системах

Рис. 6. Инновационные микрофоны ST в мобильных устройствах следующего поколения и мультимикрофонных системах

Инновационный метод ST обеспечивает малый и тонкий корпус, механическую прочность, акустические и электрические характеристики, которые соответствуют требованиям потребительских и профессиональных систем с голосовым входом — от мобильных телефонов и планшетов до измерителей уровня шума и наушников с функциональностью отмены шумов.

Микрофоны ST подходят для монтажа на печатные платы с плоским кабелем. Технология позволяет размещать звуковой порт как сверху, так и снизу корпуса, чтобы гарантировать кратчайший акустический путь и одновременно — тончайший дизайн изделия.

Испытания на надежность микрофонов в пластиковых корпусах показали, что они превосходят устройства с металлическими крышками в отношении прочности. При воздействии силы в 40 Н, что эквивалентно 4 кг веса, помещенного на крохотный кристалл, микрофоны с металлическими крышками разрушались, а микрофоны ST оставались неповрежденными. Аналогичные результаты были получены для 40 падений с высоты в 1,5 м со статической силой в 15 Н, прикладываемой к корпусу. Печатные платы с плоскими кабелями и платы стандартного дизайна с микрофонами ST выдерживали эти испытания.

Кроме того, пластиковые корпуса микрофонов ST имеют интегрированное экранирование для повышения устойчивости к электромагнитным помехам, и они совместимы со стандартным монтажным оборудованием.

Сейчас в линейке микрофонов представлены три устройства: MP34DB01, MP34DT01 и MP34DT02.

MP34DT01 (рис. 6б) представляет собой ультракомпактный, маломощный, омнинаправленный цифровой МЭМС-микрофон с емкостным сенсорным элементом и интерфейсом ИС. Этот микрофон имеет точку акустической перегрузки в 120 дБ SPL с SNR в 63 дБ и чувствительностью –26 дБ FS. Размеры корпуса составляют 3×4×1 мм.

MEMS-микрофоны ST подходят для широкого диапазона существующих и возникающих аудиоприменений в мобильных и портативных устройствах, включая сотовые телефоны, лэптопы, планшеты, портативные медиаплееры, игровое оборудование и камеры, отменяющие шум наушники и, потенциально, устройства помощи слуху. Высокий SNR позволяет компании ST рекомендовать свои МЭМС-микрофоны для применений за пределами потребительских, например, их можно использовать в фонометрах и измерителях уровня звука, для которых нужен высокий динамический диапазон.

ST MEMS-микрофоны работают в паре с аудиообрабатывающими процессорами Smart Voice для мультимикрофонных применений и устройствами Sound Terminal со встроенным интерфейсом для подключения МЭМС-микрофона.

По данным IHS iSuppli, в рыночном сегменте МЭМС-микрофонов для потребительской электроники и мобильных хэндсетов в период с 2010-го по 2014 год ожидается рост с CAGR в 23%. Важнейшие факторы роста включают шумоподавление с использованием нескольких микрофонов и новые применения в различных устройствах и играх.

МЭМС-микрофоны ST уже нашли еще одно новое применение в интеллектуальных аудиоаксессуарах, разработанных в сотрудничестве со швейцарской компанией Soundchip SA (www.soundchip.ch) — инноватором в области технологии аудиосистем и создателем платформы High Definition Personal-Audio (HD-PA) Reference. Цель сотрудничества ST и Soundchip — разработка технологий и компонентов для интеллектуальных аудиоаксессуаров, символизирующих собой новую концепцию персонального прослушивания.

Персональный аудиоаксессуар наподобие наушников включает новые средства контроля и персонализации звука. Он разработан Soundchip так, что его можно носить без ограничений. Это устройство поддерживает без реконфигурирования аппаратуры в ухе все режимы звучания, включая музыку, телефонные и непосредственные разговоры: для переключения между режимами необходимо будет нажать кнопку, сделать предопределенный жест или произнести голосовую команду. Поддерживаются различные интерфейсные опции, включая те, которые возможны благодаря разработкам ST в области МЭМС-датчиков движения.

Интеллектуальный аудиоаксессуар обеспечивает точное воспроизведение звука без фоновых шумов. При подключении этого устройства к аппаратуре ЦОС или микроконтроллеру с ЦОС (STM32 F4), смартфону или планшету качество звучания может быть еще более повышено посредством клиентских приложений. В частности, возможна индивидуальная обработка различных звуковых источников и смешивание сигналов для создания, например, дополненной реальности.

Как объединение запатентованной платформы Soundchip HD-PA Ready Electronic and Acoustic с микрофонами STMicroelectronics HD-PA Ready MEMS, интеллектуальный аудиоаксессуар представляет собой результат слияния технологий электроники, МЭМС-датчиков и акустики.

Микрофоны можно использовать даже для обнаружения жестов. С соответствующим ПО этот способ может стать недорогим.

Microsoft уже продемонстрировала систему, которая анализирует, как микрофонные сигналы изменяются посредством отраженных ультразвуковых сигналов при движении руки. Исследователи используют стандартные динамики и микрофоны для обнаружения жестов в воздухе и измерения частотного сдвига (эффект Доплера) при обнаружении отражения от подвижных объектов. Технология позволяет прокручивать экраны, перемещать игровые блоки Tetris, причем даже в шумном кафе.

Уникальные человеко-машинные интерфейсы

Смартфон — мобильная медицинская карта

Мобильный интерфейс мониторинга здоровья — вновь возникшая и «горячая» область разработки в мире. Не только смартфоны, но и другие устройства собирают, передают и представляют пользователям медицинские данные с помощью медицинских мобильных приложений. Эти данные могут использоваться для контроля занятий фитнесом и медицинских режимов. Спектр медицинских применений расширился настолько, что посредством анализа фото стала возможна даже диагностика рака кожи. В связи с этим ряд компаний разрабатывает датчики, предназначенные для измерения медицинских переменных, например уровня глюкозы в крови или сердцебиения. Предполагается, что эти датчики будут интегрированы со смартфонами.

Компания LifeWatch (www.lifewatch.com) летом 2012 года представила первый в мире медицинский смартфон, оснащенный встроенными датчиками для мониторинга частоты сердечных сокращений, легочной функции, уровня сахара в крови, температуры тела и др.

Внешне LifeWatch V выглядит аналогично другим смартфонам, работающим под управлением ОС Android, но встроенные медицинские функции превращают его в уникальное медицинское устройство (рис. 7а, б).

Первый в мире медицинский смартфон LifeWatch

Рис. 7. Первый в мире медицинский смартфон LifeWatch для контроля здоровья пользователя: а) внешний вид смартфона, схема расположения датчиков и вид дисплея в приложении для измерения уровня глюкозы; б) обзор тестов и множественных интерфейсов LifeWatch с пользователем; в) тест ЭКГ; г–е) выполнение теста по определению уровня глюкозы в крови: г) вставка тестовой полоски в слот; д) экран обработки результатов; е) комплект аксессуаров для определения уровня глюкозы в крови

Для измерения частоты сердечных сокращений необходимо просто поместить пальцы на корпусный фрейм из нержавеющей стали. Для измерений температуры пациента телефон в течение 10 с нужно удерживать в районе лобной части головы — так, чтобы ИК-датчик мог бесконтактно измерить температуру.

С помощью LifeWatch V можно сделать также 35-секундную электрокардиограмму: четыре пальца помещаются на четыре датчика по бокам телефона (рис. 7в).

Аналогичным образом можно проверить частоту сердечных сокращений, уровень стресса и насыщение крови кислородом.

Результаты отображаются на дисплее, который служит интерактивным интерфейсом при работе с упомянутыми и другими медицинскими приложениями, и заносятся в память смартфона. Затем они могут быть использованы не только пациентом, но и доктором.

LifeWatch V — первый смартфон, который может самостоятельно выполнять измерения уровня глюкозы в крови (рис. 7г–е). Для этого в соответствующий слот необходимо вставить тестовую полоску, и после прикладывания к ней проколотого пальца на экране смартфона будет представлен результат. Комплект для измерения глюкозы включает устройство для прокола кожи, ланцеты, тестовые полоски, тампоны и расходные материалы (рис. 7д).

Результаты можно заносить в память устройства, отслеживать и анализировать с помощью специальных приложений, которые могут выдавать рекомендации по питанию, приему лекарств и т. п.

Данный смартфон — автономная система, закрытая для других приложений и устройств.

Каждый тестовый результат автоматически и безопасно запоминается на удаленном сервере — в «облаке» и может быть представлен для анализа вместе с другими результатами и данными. Результаты и историю могут использовать сторонние лица. Эти данные будут представлены в формате отчетов, доступных посредством E-mail или текстовых сообщений. Устройство интегрирует медицинские приложения, например, для управления питанием, напоминания о приеме лекарств. В устройство может быть загружено любое приложение, но перенаправление потока собранных данных для других приложений не производится. Интерфейс с другими устройствами также не осуществляется. По словам руководства компании, в этом нет необходимости.

Собранные данные пересылаются в чрезвычайные call-центры LifeWatch, которых в США на данный момент создано три. В ближайшее время планируется создать такой сервис в Израиле. Есть возможность посылать данные доктору пациента или страховой компании.

Но в качестве основного целевого сегмента для продаж медицинских смартфонов выступают клиенты, заинтересованные в самостоятельном просмотре медицинских данных.

Компания сообщает, что для запуска инновационного устройства, оснащенного датчиками, потребуется порядка 6–9 месяцев.

Успех смартфона на рынке будет зависеть от двух факторов — одобрения со стороны вышестоящих органов здравоохранения в каждой стране, где он будет продаваться, и от принятия смартфона пользователями.

Продажи устройства в Израиле уже не ограничены со стороны властей. LifeWatch ожидает еще в этом, 2012 году получить сертификационный знак CE Евросоюза и одобрение администрации США по вопросам контроля за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов (US Food and Drug Administration, FDA).

Однако объем продаж может быть ограничен тем, что имеется категория пользователей, для которых устройства типа iPhone являются атрибутом для развлечения или принадлежности к социальному слою молодых, продвинутых людей, стиля жизни, который не допускает демонстрацию болезней. Компания признает, что для успешных продаж необходима специальная маркетинговая политика, правильно позиционирующая данный продукт как телефон не для больных людей, а для тех, у кого на первом месте здоровье.

Мобильный МЭМС ИК-датчик под камерой — для мониторинга температуры подвижных объектов или пространственных областей

Японская компания Omron (www.omron.com) объявила о разработке сверхчувствительного теплового ИК МЭМС-детектора D6T, который в дальнейшем можно будет использовать как энергосберегающее устройство. Датчик размещается под камерой смартфона, на дисплее которого, например, посредством камеры может быть получено изображение чашки с горячим напитком, а приложение под названием “Too hot to eat sensor” по сигналам от датчика сможет дополнительно показать, насколько напиток остыл для его употребления (рис. 8а).

 Высокочувствительный мобильный МЭМС ИК тепловой детектор, разработанный Omron

Рис. 8. Высокочувствительный мобильный МЭМС ИК тепловой детектор, разработанный Omron: а) контроль остывания чашки с горячим напитком; б) измерительный принцип теплового ИК-датчика (поперечное сечение сенсорного кристалла); в, г) в основе тепловых датчиков D6T — две версии матриц МЭМС-элементов 4×4 (в D6T-44L-06) и матрицы-столбца 1×8 (D6T-8L-06)

Хотя это применение не является серьезным рыночным ходом Omron, оно способно показать новые возможности сенсорных технологий смартфонов и новые пути для сбережения энергии в домашнем хозяйстве, управления электроэнергией в зданиях и в промышленном производстве, повышения безопасности пользования энергией.

Сверхчувствительный ИК-датчик Omron способен эффективно детектировать людей и другие нагретые, в том числе стационарные, объекты — в отличие от менее чувствительных пироэлектрических аналогов, разработанных конкурентами, которые требуют того, чтобы объект находился в движении. В отличие от датчиков, измеряющих температуру в конкретной точке, тепловой детектор Omron способен измерять температуру в пространственной области, выполнять многоуровневый контроль температуры в жилом помещении или на производственной линии, идентифицировать необычные отклонения, указывающие на перенагрев или остановку работы.

Тепловой датчик Omron основан на эффекте Зеебека, согласно которому термоЭДС генерируется вследствие разницы температур в точках контакта двух металлов (термопары) (рис. 8б). Тепловые датчики Omron сформированы последовательным соединением термопар, состоящих из N+ и P+ поликремния и алюминия. Горячие и холодные переходы на диэлектрических мембранах с высоким тепловым сопротивлением обеспечивают быстрое срабатывание и эффективность преобразования энергии ИК-лучей в температуру и затем в термоЭДС.

Датчик характеризуется высоким SNR (соотношением сигнал/шум), которому соответствует эквивалентная шуму разница температур NETD (Noise-Equivalent Temperature Difference) в 0,14 °C.

Разработаны версии матриц МЭМС-элементов 4×4 и 1×8 (рис. 8в, г). Им соответствуют две версии модулей МЭМС-термоэлементов — D6T-44L-06 на основе матрицы 4×4 и D6T-8L-06 на основе матрицы-столбца. Оба продукта питаются от 5-В источника, имеют целевой диапазон детектирования +5…50 °C с заявленной точностью ±1,5 °C и выход I2C.

Omron планирует продолжить работы по выводу на рынок потребительской электроники своих тепловых датчиков для детектирования устройств, потребляющих большую мощность, — кондиционеров, осветительных, нагревательных и других бытовых приборов, и, при необходимости, их автоматического выключения (например, в отсутствие людей). Датчик можно использовать для мониторинга и поддержки оптимальной температуры в комнате, при определении незначительных температурных изменений и идентификации областей с различным нагревом. В промышленности это устройство может помочь при выявлении остановок производственных линий или областей с высоким нагревом как потенциально пожароопасных.

Электронный нос

Ученые IMEC (www.imec-nl.nl) разработали MEMS электронный нос (e-nose) для сотовых телефонов (рис. 9). Недорогая система основана на абсорбирующих полимерах, изменяющих резонансную частоту микробалок. Детектор работает, генерируя характерные частотные паттерны при выборочном абсорбировании целевых химикалий МЭМС-мостами с полимерным покрытием и изменении их резонансной частоты.

 Технология e-nose IMEC

Рис. 9. Технология e-nose IMEC: а) сенсорный принцип детектирования паров и газов посредством массивов МЭМС-резонаторов; б) МЭМС сенсорный массив e-nose

Исследователи IMEC сообщили о высокой чувствительности и малом энергопотреблении разработанных ими МЭМС-детекторов паров, что может способствовать тому, чтобы превратить смартфон в средство для мониторинга здоровья. Детектор способен определять симптомы болезней при дыхании или токсичные пары, что востребовано в химической промышленности. В дальнейшем детектор будет способен определять качество пищи или вина.

Исследователи идентифицировали промышленные полимеры, молекулярная структура которых подходит для абсорбции молекул целевого компаунда, которые, присоединяясь к молекулам полимера, вызывают его расширение и, следовательно, — механическое напряжение в МЭМС-балке и изменение резонансной частоты.

Исследования показали результаты детектирования этанола, ацетона и водяного пара с чувствительностью в 200 раз более высокой, чем у других систем сходного размера. Для оптимизации соотношения между чувствительностью, скоростью, размером и потреблением мощности ученые тестируют различные покрытия и значения их толщины.

Заключение

Обзор, представленный в статье, показывает многообразие направлений, в которых компании ведут работу по осуществлению новых мобильных МЭМС-интерфейсов с целью уникальной дифференциации продуктов на рынке потребительской электроники, где имеется сильнейшая конкуренция.

Конечно, это не все. Инновационные интерфейсы включают развитые технологии жестовых интерфейсов посредством датчиков инерции и камер, а также МЭМС-технологии и компоненты для беспроводной коммуникации и многое другое. Информацию о некоторых из них можно почерпнуть из прошлых публикаций [15], а другие актуальные инновации обязательно будут рассмотрены в следующих публикациях.

Литература

  1. Сысоева С. Мобильные датчики инерции. Все более высокие уровни миниатюризации, системной интеграции и «мобильности» // Компоненты и технологии. 2012. № 7.
  2. Сысоева С. Многообразие микросистемных инноваций: новые технологии и игроки // Компоненты и технологии. 2011. № 9–10.
  3. Сысоева С. Новые сенсорные решения. Выход на новый уровень измерений // Компоненты и технологии. 2011. № 8.
  4. Сысоева С. Мир МЭМС. Дальнейшая конвергенция датчиков движения и смежных технологий на массовых рынках // Компоненты и технологии. 2011. № 6.
  5. Сысоева С. Мобильные МЭМС-датчики с девятью и более степенями свободы // Электронные компоненты. 2011. № 5.

1 Окклюзия — модификация свойств звука, который проходит через объект или препятствие. В фонетике термин относится к такому соприкосновению органов речи, при котором произносимый согласный звук характеризуется как смычный. В аудиологии этот термин относится к явлению, при котором у людей с нормальным слухом при закрытии отверстия канала уха громкость низкочастотных звуков увеличивается благодаря специфической звуковой проводимости костей. В звуковых движках этот термин описывает модификацию свойств звука, который проходит через объект или вокруг него так, чтобы человек-пользователь испытал большее ощущение реализма. Пример: звук, идущий из-за закрытой двери, и звук, идущий из-за открытой двери, «слышатся» неодинаково.

Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке