在進行產(chǎn)業(yè)研究和預(yù)測時,,市場分析師通常會從數(shù)百家公司收集數(shù)據(jù),,以提供有關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的有價值情報,并確定短期內(nèi)的商業(yè)機遇,。作為面向各種商業(yè)應(yīng)用的MEMS和傳感器咨詢公司,,客戶經(jīng)常會問,“未來什么技術(shù)或產(chǎn)品會火,?”衡量一項新興技術(shù)在商業(yè)化后5到10年的市場前景,,往往需要采用不同的研究策略。
歷史告訴我們,,今天的大部分重磅MEMS產(chǎn)品,,都是作為學(xué)術(shù)研究成果而誕生的,。那些企業(yè)家們憑借數(shù)百萬美元的資助,歷經(jīng)多年的努力研究,,才得以將概念驗證研究轉(zhuǎn)化為新的商業(yè)產(chǎn)品,。為了識別那些新興而有前景的技術(shù),我們需要直接聚焦它們的源頭:學(xué)術(shù)會議和期刊文獻,。
典型MEMS產(chǎn)品的商業(yè)化時間
Chirp Microsystems公司就是這一研究方法的有力證據(jù):在2012年的一場關(guān)于新興技術(shù)的學(xué)術(shù)報告中,,A.M. Fitzgerald & Associates聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Alissa M. Fitzgerald博士強調(diào)了加州大學(xué)伯克利分校和加州大學(xué)戴維斯分校關(guān)于“應(yīng)用氮化鋁(AlN)MEMS換能器在空氣中進行超聲波測距和角度估算”的研究。文章發(fā)表后不久,,作者就成立了Chirp Microsystems公司將其技術(shù)商業(yè)化,,用于手勢識別和指紋識別應(yīng)用。
此后經(jīng)過五年的研究和發(fā)展,,Chirp Microsystems公司的產(chǎn)品正式進入市場,。據(jù)麥姆斯咨詢此前報道,2018年2月,,全球供應(yīng)巨頭TDK收購了Chirp Microsystems,,突顯了該公司的商業(yè)潛力。
今年,,Alissa M. Fitzgerald博士在關(guān)于固態(tài)傳感器,、執(zhí)行器和微系統(tǒng)的Hilton Head Workshop研討會上回顧了100多篇來自業(yè)內(nèi)頂尖研究人員的論文,這些論文代表了該領(lǐng)域最值得關(guān)注的技術(shù),。Alissa M. Fitzgerald博士的評選標(biāo)準(zhǔn)包括:商業(yè)相關(guān)性,;是否為已知或預(yù)期的問題提供解決方案;突破性技術(shù),?;谶@些研究論文和評選標(biāo)準(zhǔn),Alissa M. Fitzgerald博士總結(jié)了以下值得關(guān)注的新興技術(shù):
事件驅(qū)動型傳感器:運動,、熱
這類巧妙設(shè)計的硅基MEMS器件,,在待機狀態(tài)下實現(xiàn)了零功耗。機械運動或熱觸發(fā)事件會閉合傳感器內(nèi)的觸點,,以激活其電路并進行感知,。這類傳感器采用現(xiàn)有的制造方法,因此它們可以在五年內(nèi)成為商業(yè)化產(chǎn)品,,用于事件監(jiān)控和安全防護等應(yīng)用,。(相關(guān)研究機構(gòu):德克薩斯大學(xué)達拉斯分校、美國東北大學(xué))
待機零功耗的MEMS加速度計,,器件電路會在達到加速度閾值時機械閉合
圖片來源:德克薩斯大學(xué)達拉斯分校
待機零功耗的MEMS紅外探測器
圖片來源:美國東北大學(xué)
據(jù)麥姆斯咨詢此前報道,,美國東北大學(xué)教授Matteo Rinaldi領(lǐng)導(dǎo)的一個科研團隊開發(fā)了這款零功耗紅外探測器,能夠在有意義的被測信號出現(xiàn)前,,保持零功耗的休眠狀態(tài),,在紅外特征信號到達器件后利用其本身攜帶的能量來驅(qū)動一個熱敏微機械開關(guān),,進而接通負載電路開始工作,以實現(xiàn)整個傳感器節(jié)點僅在特定紅外光譜出現(xiàn)時被“喚醒”,。
薄膜壓電諧振器
PZT沉積和CMOS工藝集成的進步,,可用于構(gòu)建5G應(yīng)用中的射頻(RF)濾波聲波導(dǎo)。這種采用現(xiàn)有可擴展工藝的新型濾波器設(shè)計已經(jīng)成熟,,可用于商業(yè)化。(相關(guān)研究機構(gòu):普渡大學(xué),、德州儀器)
基于PZT FeCAP(壓電鐵電電容器)的聲波導(dǎo)CMOS諧振器
圖片來源:普渡大學(xué),、德州儀器
體內(nèi)無線通信
用氮化鋁(AlN)制造的MEMS超聲波收發(fā)器,能夠以Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率,,直接穿過人體發(fā)送數(shù)據(jù),。隨著多種人體植入物或可穿戴醫(yī)療設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢,這項創(chuàng)新成果可以實現(xiàn)醫(yī)療級安全的體內(nèi)無線通信,。這項早期研究仍需要體內(nèi)驗證,,開發(fā)并獲得監(jiān)管批準(zhǔn)可能還需要10年或更長的時間。(相關(guān)研究機構(gòu):美國東北大學(xué))
基于壓電MEMS超聲換能器(PMUT)的超聲體內(nèi)收發(fā)器
圖片來源:美國東北大學(xué)
屏幕和3D打印傳感器
利用屏幕和3D打印傳感器的眾多令人興奮的創(chuàng)新中,,有一個代表性例子是電位硝酸鹽土壤傳感器,。這種傳感器成本低、可生物降解,,可以大面積部署,,以監(jiān)測農(nóng)場的土壤質(zhì)量。不過,,目前大多采用桌面式或業(yè)余愛好者工具來制作屏幕和3D打印傳感器件,,因此必須在有可能商業(yè)化生產(chǎn)之前,開發(fā)新的制造設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施,。(相關(guān)研究機構(gòu):普渡大學(xué))
硝酸鹽土壤傳感器
圖片來源:普渡大學(xué)
可生物降解的電池
紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校開發(fā)了一種紙質(zhì)電池,,巧妙地利用細菌代謝作為電解質(zhì),可以提供0.5 uW的電能,。這些電池可以溶解在水中,,有朝一日或能用于為臨時醫(yī)療植入物或可生物降解的傳感器供電。這項令人興奮的概念驗證原型,,還需要大量的工藝開發(fā)和新的制造基礎(chǔ)設(shè)施,。(相關(guān)研究機構(gòu):紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校)
紙基電池在浸入水中60分鐘后溶解
圖片來源:紐約州立大學(xué)賓漢姆頓分校