MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器,具有许多优点和应用领域,是当前科技领域中的重要发展方向之一。随着AI技术不断发展,MEMS传感器正在更多领域得到广泛应用,包括但不限于消费电子、物联网领域。
作为汽车芯片巨头,德国博世也加大了MEMS传感器这一技术领域的布局,特别是基于AI技术,赋能更多终端领域的应用。在2023国际集成电路展览会暨研讨会——全球CEO峰会上,Bosch Sensortec亚太区总裁王宏宇以“嵌入式AI与MEMS传感器塑造未来 开启全新视野”为主题,介绍了MEMS传感器在生活中的一些实际用例,包括博世对MEMS目前及未来的看法。
Bosch Sensortec亚太区总裁王宏宇
目前,博世集团主要有汽车电子、消费产品、工业技术、能源与智能楼宇四个大的运营板块。其中,在MEMS产品上,博世在车用和消费类MEMS均有相关的技术布局,应用于智能手机、智能手表、智能穿戴等消费电子,以及气囊、ESP、发动机控制等车用MEMS。特别是车用MEMS也是博世技术发源的始点。
在MEMS发展上,博世早在1996年就研发出了车用MEMS,同时在2005年单独成立了Bosch Sensortec。2007年博世的MEMS出货达到将近10亿颗,2018年消费和汽车MEMS累计出货达到100亿颗,预计到2023年底出货达到200亿颗。
那么,是什么带动整个MEMS市场发展呢?王宏宇认为,“汽车是第一个试金石。我们把MEMS技术在汽车上的关键控制器上做了一些应用,同时随着这个技术的不断打磨,这些技术慢慢地用到消费类。所以,整个MEMS市场第二波驱动力是消费类产品。而MEMS市场发展的第三波驱动力应该是广阔的智能物联网市场。”
“目前博世可以提供非常多的MEMS传感器的解决方案,包括车上的各种控制器,智能家居诸多场景,比如家电、空气净化器,以及智能手机、智能手表、无线耳机。应该说我们每天的生活都离不开传感器。”王宏宇表示,“万物互联,万物智能,传感先行”,是博世一直在践行的主要目标和宗旨。
王宏宇还用三个例子阐述了对传感器发展的看法。
其中,智能化是未来MEMS传感器主要发展趋势之一。他介绍,传感器主要功能在于把物理信号转成数字信号,或者把模拟信号放大,传到下一级。而在这个过程中,他认为未来传感器也需要具备更多智能和学习的功能,即需要把AI慢慢从目前云端下沉到边缘,边缘智能可以带来很多好处:一是传感器实时性非常好;二是AI部署到智能器件,无论是传感器,还是MCU,功耗相对比较低;三是它对个人数据的保护会起到非常关键的作用,需要把所有数据都传到云端去处理;四是把AI技术用到消费产品,通过边缘化的智能技术,可以满足个性化的体验。
博世BHI 380传感器
比如,博世推出了BHI 380,可以部署一些AI的引擎在本地传感器上,实现计步、导航的补偿、头部追踪等,同时基于强大的算法,达到比较平衡的系统设计,实现更好的功耗平衡。同时,在体能训练的场景下,智能化的传感器还可以将用户的指纹记入系统,在下一次训练过程中,就被传感器很快识别出来。
万物互联也是未来MEMS传感器主要发展趋势之一。传感器通过互相连接,还会创造出更多的价值。比如,四合一的环境类传感器,可以对压力、温度、湿度等进行物理信号收集,再通过算法进行学习,做成模型,然后部署到终端的器件上,可以检测异味,比如可以对家电冰箱里气体和食物的变化进行检测。
环境类传感器应用于森林野火检测的案例
王宏宇例举了一个环境类传感器应用于森林野火检测的案例。他介绍,目前全球20%的二氧化碳排放是由森林野火造成的。怎么提前预防森林野火的发生,诱发了一些企业去尝试探索一种解决方案。
由于森林的面积比较大,而且气体是流动的,这使得很难通过单点测量做精准的预测。而博世的解决方案是:通过太阳能供电以及互联互通的芯片,对森林野火发生之前会引起的气体、温度、湿度的变化进行监测,且将所有点的数据通过连接传到云端,云端把数据收集上来,进行二次处理和分析,然后就可以作出一些前期的预警,且提前通知消防机构对可能出现的风险点,予以提前处理,预防森林野火的发生。
第三个传感器发展趋势则是压力传感。目前,传统的传感器都有非常清楚的测量目标,可以测大气压强、震动、转动,而博世今年新推出的一款基于电容式的压力传感器,可以进一步提高传感器测量的精度。比如,压力传感器可以配置在智能手表或者手机上,可以检测到用户具体在大楼的哪一层,特别是当出现故障的时候,救火队员就可以及时定位,实现一些室内导航的功能。