MEMS超声波及应力传感器对未来智能设备的影响_商业要闻_财经

作者：南归

物联网的底层是由无数的感知设备组成的，包括了各种各样的传感器和摄像头，越是底层的架构越是基础和重要。因此，传感器实际上是未来能够实现智能化社会的重要核心基础。传感器的主要作用是将自然信号转换为电信号。即将自然信息可以识别为我们可以认知的信息的过程。当前的传感器正在从传统的传感器往智能方向发展，智能传感器比起传统的传感器可以实现信息储存和数据处理的功能。

今天的MEMS传感器是系统级封装解决方案，与传统的传感器技术相比，MEMS体积小、重量轻、成本低、能耗低、可靠性高。与MEMS传感器相伴而来的是相关技术的进展，MEMS传感器在很多领域都能得到实践并运用到人们的日常折干活中，例如手机、平板、电脑、穿戴(包括智能手表、TWS耳机等)，以及目前大火的AR/VR设备、无人机、包括扫地机器人在内的各种机器人，以及在智能家居里的各种应用，比如冰箱、洗衣机、空调等等，当然在游戏机等各种领域都有应用。

正是看到了这个赛道未来无限的潜力，致力于微型传感器以及软件架构设计研发的专家涂仲轩与所服务的企业一直在研究MEMS超声波及应力传感器在智能设备中的应用，并且累积了在传感领域的非常丰富的实战经验和项目案例，其中涂仲轩主导的相关技术成果累计申请各类专利达到了25件。

智能设备到如今已经逐步使用隐形按钮，无按键设计的优点明确： 美观，易清洁，寿命长，可靠性强并且使用场景多样化，还可以降低损耗。从整体来看，隐形按钮主要分为四种类型，每种类型具有各自的利弊。着眼于最大化优点和最小化缺点，涂仲轩带领团队创新结合了两种隐形按钮的工作方式。作为铺垫，我们先来简单陈述这四种隐形按钮：

1. 电容式按钮

电容式按钮是通过手指接触屏幕，改变电容容值然后测量RC充放电的原理来判断是否触发的。由于电容式按钮成本相对较低，被广泛应用于很多家用电器领域，然而其缺点不容忽视。首先，电容式按钮不能放置在金属外壳内侧，而现在主流手机或者穿戴式设备大多都是金属边框。其次，由于人体70%都是水，电容式按钮无法真正区分水或者手指，容易产生误触。最后，电容式按钮对任何绝缘材料无效。

2. 表面波式按钮

基于横波的超声波表面波技术由压电陶瓷构造的微型MEMS传感器芯片组成，对接触体没有介电性的要求，故使用手套一样可以触发开关。因为表面波可以在任何固体表面传播，故可以放置在移动设备、穿戴式设备金属中框的内侧。然而，一旦屏幕覆盖了污染物，就会对机器判断的准确度产生影响。另如同电容式一样，它只能测量触摸的程度但不能测量压力值。

3. 纵波超声波隐形按钮

通过将内置PMUT的MEMS声波换能传感器芯片贴在按钮背面，换能器可以发出毫米级纵波声波，从按钮材质的下表面向上发射，当有手指接触的时候，因为上表面的另一侧不再是空气而是手指，只需要侦测反弹声波信号的强度的对比度，就可以推测出触摸按键是否发生。这种实现方式使得其按钮的定位性极强，但是无法获得压力大小，也没有明显的同公制力的一一对应关系。

4. 基于应变式压力传感器的隐形按钮

任何材质表面按压后，都会形成微形变，将基于MEMS设计的压电材料制作的前端传感器紧闭贴合在按压材质的背后，就可以用来测量这种微形变。这种设计的最大优点就是，符合绝大多数使用者对按钮的使用习惯，它的按键是通过压力阈值大小触发的而不是通过接触面积的程度。但是为了避免误触还是需要收集大量数据进行深度学习。

综合来看，以上四种隐形按键各有利弊，那么是否有一种创新技术可以融合他们的优点，将自己的缺点最小化呢？

确实有。

曾任职于著名欧美传感器厂商软件算法部总监，以及国内知名品牌手机厂商的专家算法工程师，涂仲轩和团队首创了超声波和基于MEMS设计的应力感应相结合的隐形按键。同时，在涂仲轩的带领下，他们还创新研发出多应力传感器协同触按传感装置，结合辅助的IC应力传感器、无按键设计中区分触碰与误触的软件识别算法等等发明，使得我们现在常用的电子设备达到真正意义的无按键，设计更加美观，产品更加轻薄化，还提升了金属表面产品防水性能。涂仲轩团队的这项重大贡献具有广泛的应用价值，小到个人移动设备如iPhone和ipad，大到医疗触控设备，都能完美改善如误触、污物阻碍识别等等恼人同时具有安全隐患的缺点。

在涂仲轩等微型传感器及软件架构设计研发专家的推动下，MEMS传感器除了继续在汽车电子、新型数字消费电子和医疗电子等领域获得快速发展，智能传感器将广泛应用于多个领域，如信息、航空航天、医学、生物学等方面，给人类发展带来深远影响。传感器与微控制器的结合，配合无线网络技术，则为传感器插上了智能的翅膀。