MEMS即微機(jī)電系統(tǒng),，是利用微米級(jí)立體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)和執(zhí)行功能的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。其中，微米級(jí)立體結(jié)構(gòu)是利用被稱為“微加工”的特殊工藝實(shí)現(xiàn)的微米大小的立體機(jī)械結(jié)構(gòu),。

　　因?yàn)榧夹g(shù)和經(jīng)濟(jì)的原因,，MEMS傳感器曾經(jīng)被局限在汽車市場(chǎng)和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域；今天,，隨著MEMS傳感器越來(lái)越小,，價(jià)格越來(lái)越低，能效越來(lái)越高,，設(shè)計(jì)和應(yīng)用空間不斷擴(kuò)大，它在消費(fèi)類應(yīng)用市場(chǎng)的普及率正在不斷提高,。

　　制造這些器件所采用的微加工技術(shù)與制造基本集成電路所采用的工序和工藝大同小異,，只不過(guò)微加工的產(chǎn)品通常是一個(gè)能夠活動(dòng)的立體的機(jī)械結(jié)構(gòu)(如圖1)。

　　雖然制造MEMS產(chǎn)品可以使用多種不同的材料,，但是硅越來(lái)越受到業(yè)界的歡迎,，因?yàn)楣璧碾姎?、機(jī)械和熱屬性都非常出色。此外,，半導(dǎo)體廠商還意識(shí)到,，如果使用成熟的芯片量產(chǎn)制造技術(shù),，在晶片上一次可以制造數(shù)以萬(wàn)計(jì)的MEMS器件,。這就是說(shuō)，MEMS可以利用微電子器件現(xiàn)有的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，獲得更大的成本優(yōu)勢(shì),，特別是在進(jìn)軍消費(fèi)類產(chǎn)品市場(chǎng)時(shí),，利用好這個(gè)優(yōu)勢(shì)更加重要。因此,，以硅為MEMS材料的吸引力最大,。

　　過(guò)去,，在沒有這項(xiàng)技術(shù)之前,，有很多應(yīng)用是不可能的；今天,，這項(xiàng)技術(shù)正在將這些應(yīng)用變?yōu)榭赡堋?/p>

　　手提電腦,、手機(jī),、便攜媒體播放器和移動(dòng)終端設(shè)備內(nèi)的硬盤驅(qū)動(dòng)器墜落保護(hù)功能,，是MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器在消費(fèi)電子市場(chǎng)的具有重要?dú)v史意義的代表性應(yīng)用之一,。

　　在手提電腦內(nèi)的三軸加速計(jì)可以監(jiān)測(cè)加速度，因?yàn)榫哂刑囟ǖ墓δ芎蛿?shù)據(jù)處理電路,，它能夠檢測(cè)到硬盤驅(qū)動(dòng)器的意外摔落事故,，并及時(shí)命令讀寫頭縮回到安全位置,，以防電腦最終摔落在地板上時(shí)損壞讀寫頭,。

　　健身和健康監(jiān)測(cè)是MEMS傳感器的另一類具有代表性的應(yīng)用。

　　計(jì)步表或計(jì)步器是利用三軸MEMS傳感器實(shí)現(xiàn)健身和健康監(jiān)測(cè)功能的代表性應(yīng)用,，在特定的情況下,，計(jì)步器的傳感器能夠精確地測(cè)定在步行和跑步過(guò)程中作用在系統(tǒng)上的加速度,，通過(guò)處理加速度數(shù)據(jù),，計(jì)步器顯示用戶走過(guò)的步數(shù)和速度,，以及在身體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所消耗掉的熱量,。

 　　圖 1 ： 基于MEMS的線性加速計(jì),。

 　　圖2：意法半導(dǎo)體開發(fā)的一款基于MEMS的計(jì)步器參考設(shè)計(jì),。

　　計(jì)步器功能通常被嵌入在在手機(jī)和便攜媒體播放器(MP3和MP4)內(nèi),，對(duì)于這些設(shè)備,，可以設(shè)定在固定時(shí)間內(nèi)要達(dá)到的步數(shù)目標(biāo),，并能測(cè)量完成這個(gè)目標(biāo)所消耗的熱量,。虛擬健身房的會(huì)員之間還可以在網(wǎng)上分享這些信息,，并開展以促進(jìn)體育活動(dòng)和健身運(yùn)動(dòng)為目標(biāo)的虛擬比賽。

　　計(jì)步器也是便攜式導(dǎo)航儀中的一個(gè)重要模塊。便攜式導(dǎo)航儀能夠確定使用者的位置,，提供引路功能,，查找公共服務(wù)地點(diǎn),，接收地區(qū)廣告,。在特殊情況下，例如,，在市區(qū),，因?yàn)榈叵峦ǖ馈⒘⒔粯?、高樓,、室?nèi)的阻擋，GPS信號(hào)會(huì)變?nèi)?，這時(shí)MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器的信號(hào)就可以暫時(shí)替代GPS模塊,，起到輔助導(dǎo)航定位的作用。

　　在另一項(xiàng)應(yīng)用中,，MEMS傳感器可以用于設(shè)計(jì)一種老人急救設(shè)備,。當(dāng)老人意外摔倒時(shí)，這個(gè)設(shè)備可以檢測(cè)到摔倒動(dòng)作,，自動(dòng)發(fā)出一個(gè)報(bào)警信號(hào),，請(qǐng)求緊急救援。通過(guò)MEMS傳感器和GPS模塊,，可以估算到需要救助的受傷老人所在位置,，并在網(wǎng)絡(luò)上傳送位置信息。在不久的將來(lái),，這些儀器商用化后,，將會(huì)給不斷增長(zhǎng)的老齡化人群提供一個(gè)更安全的生活環(huán)境。

　　如今,，能夠檢測(cè)運(yùn)動(dòng),、方向和手勢(shì)的MEMS傳感器正推動(dòng)運(yùn)動(dòng)傳感技術(shù)向手機(jī)、游戲機(jī),、便攜媒體播放器等市場(chǎng)擴(kuò)展,。

　　先進(jìn)的功能、小巧的外觀,、出色的能效,，MEMS傳感器正在促進(jìn)更加人性化的設(shè)備問(wèn)世，有了這些能夠識(shí)別人類手勢(shì)的設(shè)備,，用戶不必再閱讀冗長(zhǎng),、復(fù)雜的用戶手冊(cè)，學(xué)習(xí)如何使用人機(jī)界面,。

　　MEMS有助于打破用戶與應(yīng)用之間的障礙：傳感器像系統(tǒng)的眼睛,，能夠測(cè)量加速度和角速度等物理量,；電子元器件處理傳感器送來(lái)的信息，利用特殊的算法識(shí)別輸入數(shù)據(jù),，然后激活相應(yīng)的功能,。

　　游戲機(jī)是運(yùn)動(dòng)跟蹤和手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用的突出代表，以具有革命性的任天堂Wii游戲機(jī)為例,，微型運(yùn)動(dòng)傳感器能夠捕捉到玩家任何細(xì)微的動(dòng)作,，并將其轉(zhuǎn)化成游戲動(dòng)作。MEMS技術(shù)讓玩家動(dòng)起來(lái)：玩家陶醉于真實(shí)的游戲體驗(yàn),，通過(guò)不同的動(dòng)作融入到游戲中,，例如，模仿一場(chǎng)真實(shí)的網(wǎng)球賽,、一場(chǎng)引人入勝高爾夫球賽,、一場(chǎng)緊張的拳擊賽或輕松的釣魚比賽的動(dòng)作(如圖3),。

 　　圖3：MEMS使玩家動(dòng)起來(lái),。

　　MEMS技術(shù)在手機(jī)和PDA中的使用率正在提高，目前市場(chǎng)上采用MEM加速計(jì)的手機(jī)越來(lái)越多,。手機(jī)中的MEMS加速計(jì)使人機(jī)界面變得更簡(jiǎn)單,、更直觀，通過(guò)手的動(dòng)作就可以操作界面功能,，全面增強(qiáng)了用戶的使用體驗(yàn)(見圖4),。

 　圖 4：MEMS運(yùn)動(dòng)控制式用戶界面。

　　根據(jù)終端設(shè)備的指向,，MEMS傳感器可以把圖像,、視頻和網(wǎng)頁(yè)(無(wú)論是人物肖像還是風(fēng)景畫面)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。通過(guò)上下左右傾斜手機(jī),，還可以查看手機(jī)菜單,；只要輕輕擊打手機(jī)機(jī)身，就可以在屏幕上選中不同的圖標(biāo),，所有這些智能功能離不開新一代MEMS器件內(nèi)嵌的先進(jìn)數(shù)字技術(shù),。

　　有了MEMS加速計(jì)，只要把設(shè)備向某一方向傾斜,，就能在小屏幕上詳細(xì)查看地圖,，顯示放大的圖像。MEMS還能檢測(cè)到用戶抖動(dòng)手機(jī)和MP3播放器的動(dòng)作,，這個(gè)簡(jiǎn)單的手勢(shì)可以讓播放器跳到下一首歌或返回到上一首歌,。

　　低功耗的MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器還可用作先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，當(dāng)手機(jī)沒有關(guān)閉放在飯桌上時(shí),，MEMS傳感器將會(huì)把耗電大的模塊(如顯示器背光板和GPS模塊)全部關(guān)閉,，以降低手機(jī)和便攜導(dǎo)航儀的能耗,。只要碰觸一下機(jī)身，又可以打開全部功能,。

　　同樣地,，無(wú)論何時(shí)，把手機(jī)正面向下反放在桌子上,，手機(jī)設(shè)置就會(huì)切換到靜音模式,；只要碰觸一下機(jī)身，就可以關(guān)閉靜音功能,。MEMS運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)折射出了未來(lái)手機(jī)的樣子：只有數(shù)量很少的按鍵,，不再有普通的鍵盤。向手機(jī)輸入信息時(shí),，用戶在空中書寫數(shù)字和字母,，MEMS傳感器識(shí)別這些動(dòng)作，手機(jī)軟件將這些動(dòng)作還原成數(shù)字和字母,；軟件還可以把用戶預(yù)定的動(dòng)作變成特殊的自定義功能,。

　　MEMS加速計(jì)與陀螺儀配合使用，可以把更先進(jìn)的選擇功能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí),，例如：能夠在空中操作的三維鼠標(biāo)和遙控器,。在這些設(shè)備中，傳感器檢測(cè)到用戶的手勢(shì),，將其轉(zhuǎn)換成PC屏幕上的光標(biāo)移動(dòng)或機(jī)頂盒和電視機(jī)的頻道和功能選擇,。圖5是一個(gè)含有MEMS傳感器的遙控器解決方案，MEMS傳感器組,、兩個(gè)陀螺儀和一個(gè)加速計(jì)檢測(cè)手腕或鼠標(biāo)在空中的動(dòng)作,，同時(shí)微控制器執(zhí)行動(dòng)作跟蹤和手勢(shì)識(shí)別功能。然后,，重組的運(yùn)動(dòng)曲線通過(guò)無(wú)線連接發(fā)送到機(jī)頂盒或PC機(jī),，無(wú)線鏈路可以采用紅外或射頻，具體視應(yīng)用要求而定,。

　圖5：MEMS 3D遙控器和指示器,。

　　近來(lái)上市的高能效低價(jià)微型MEMS傳感器徹底改變了人們與移動(dòng)終端設(shè)備的互動(dòng)方式。在各類移動(dòng)終端,、游戲機(jī),、遙控器等設(shè)備上，MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器可以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的功能,，令人心動(dòng)的用戶界面,，用戶的手勢(shì)、碰摸就能夠激活相應(yīng)的功能,。

　　可以預(yù)計(jì),，在不久的將來(lái),，MEMS技術(shù)會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展，周圍環(huán)境將布滿傳感器網(wǎng)絡(luò),，我們的衣服內(nèi)嵌有傳感器網(wǎng)絡(luò),，這將會(huì)擴(kuò)大可行設(shè)計(jì)應(yīng)用的空間，讓我們更好地與世界互動(dòng),，更好地控制我們所在的世界,。