MEMS(Microelectromechanical Systems)微機(jī)電系統(tǒng),，將微電子技術(shù)與機(jī)械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù)，它的操作范圍在微米范圍內(nèi),，能夠把力轉(zhuǎn)化成電信號(hào),。MEMS器件應(yīng)用在手機(jī),，健身手環(huán),、打印機(jī)、汽車,、無人機(jī)以及VR/AR頭戴式設(shè)備等日常電子產(chǎn)品中,，MEMS在我們的生產(chǎn)生活可謂無處不在。
一般MEMS的生產(chǎn)方式是在基質(zhì)上堆積物質(zhì)層,，然后使用平板印刷和蝕刻的方法來讓它形成各種需要的結(jié)構(gòu),，使用的材料主要是硅，采用類似于集成電路批處理式的微制造技術(shù),。這樣制造出來的MEMS就是我們常見的剛性MEMS,，一般與對應(yīng)的IC封裝在一起，但你知道什么是柔性MEMS嗎?
一,、柔性MEMS誕生的目的
力的交互,，和電的交互或聲的交互不一樣，它需要有一個(gè)作用表面,。為了把表面的信息準(zhǔn)確地傳達(dá)到傳感器里面,，傳感器本身一定要是柔性的，才能檢測用戶觸摸操作時(shí)所產(chǎn)生的微小形變,。 “紐迪瑞是真正全球首家將柔性MEMS概念商業(yè)化的公司,，”紐迪瑞公司創(chuàng)始人兼CEO 李灝博士介紹到，“其實(shí)我們也是做了好多年之后才發(fā)現(xiàn),，原來這就是柔性MEMS,。”
人和機(jī)器進(jìn)行交流,，首先機(jī)器要理解人的意愿,。從按鍵到觸摸屏,，是人對機(jī)器輸入更簡單流暢的演進(jìn)過程，李灝認(rèn)為,，這個(gè)交互過程要用傳感器真正地把人的意圖翻譯進(jìn)去,，一定要用到壓力這個(gè)維度，柔性MEMS技術(shù)就是為了解決目前交互面臨的兩大問題：
傳感器必須是柔性的,。雖然現(xiàn)在很多交互的作用表面已經(jīng)是柔性的,，但傳感器本身為了配合任何種類的作用面，也必須讓表面是柔性的;
即貼即用,?？纱┐髟O(shè)備最大的成本是組裝成本，力的交互和傳導(dǎo)與結(jié)構(gòu)強(qiáng)相關(guān),，需要把傳感器做得像創(chuàng)可貼一樣,，撕掉背膠貼上就可以使用，降低組裝難度,，提高良率,。
二、完備了TWS耳機(jī)的交互語言
據(jù)悉,，紐迪瑞的產(chǎn)品主要應(yīng)用在三大方向,，分別是手機(jī)(Mobile)，可穿戴(Wearable),，以及可測量(Measurable),。
近些年來的標(biāo)志性客戶及產(chǎn)品有：2015年配合中興發(fā)布第一款3D Touch手機(jī) Axon Mini;2017年配合谷歌發(fā)布第一款Edge Sense邊緣觸控手機(jī)Pixel 2;2019年配合vivo發(fā)布第一款無按鍵手機(jī)NEX 3;2020年配合華為發(fā)布第一款國內(nèi)/安卓系統(tǒng)壓感TWS耳機(jī)FreeBuds Pro。
拿可穿戴產(chǎn)品來說,，使用時(shí)都是緊貼人體的,，但由于人體都是導(dǎo)電的，所以交互往往非常困難的,。例如耳朵導(dǎo)電,，手指也一樣導(dǎo)電，手指去觸碰TWS耳機(jī),，和耳朵接觸的信號(hào)是會(huì)互相混淆的,，所以壓力是解決交互問題的關(guān)鍵。
但是此前壓力交互技術(shù)一直不理想,，比如戴著TWS耳機(jī)想要調(diào)音量,，就一定要把手機(jī)拿出來調(diào);交互也只有一種交互語言——敲兩下，因?yàn)榍靡幌聲?huì)很多誤觸,，敲三下對于用戶的要求太高,，所以只能實(shí)現(xiàn)聽歌、接電話等簡單的操作,。直到AirPods Pro采用壓感技術(shù)加入了捏一下,、捏兩下,、長捏和短捏等，才基本完備了交互語言,。
華為最新的FreeBuds Pro則實(shí)現(xiàn)了在耳機(jī)上壓力加電容滑動(dòng)調(diào)節(jié)音量,。“我們把這叫傳感器融合,，把電容交互和壓感交互全部放到了一個(gè)非常小的傳感器里面,，“李灝說到，”捏一下就可以聽歌,、降噪,，上下滑動(dòng)就可以調(diào)節(jié)音量，也實(shí)現(xiàn)了完備的交互語言和更好的用戶體驗(yàn),?！?/p>
三、在手機(jī)中重新崛起
紐迪瑞公司市場銷售副總裁任璐佳表示,，柔性MEMS并不單單是一種材料,，還要告訴客戶怎么做才能商業(yè)化?！皬牟牧?、算法,、模組到一體化的實(shí)現(xiàn)和量產(chǎn)工具,，都是紐迪瑞自己開發(fā)的。目前累積出貨量已經(jīng)超過5000萬,，品牌滲透率方面11家中有9家已經(jīng)量產(chǎn),，在很多手機(jī)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了傳感器陣列?！?/p>
2015年,，蘋果iPhone 6S曾經(jīng)最早將壓力傳感3D TOUCH功能用在了手機(jī)屏幕下，但隨后幾代產(chǎn)品卻默默地取消了這一功能,，李灝認(rèn)為這主要是基于向下兼容和成本的考量?，F(xiàn)在手機(jī)越來越薄、無孔化和全面屏的同時(shí),，廠商還在不斷追求游戲體驗(yàn),，但是現(xiàn)在手機(jī)既有的一些交互方式已經(jīng)不能滿足了。比如游戲按鍵,，屏幕方向變化的話會(huì)誤觸,，所以一些手機(jī)廠商會(huì)在屏下加壓力傳感器;5G需要更多的天線，留給實(shí)體按鍵的位置越來越少了,，壓力觸控交互或許可以重新在智能手機(jī)上崛起,，成為一個(gè)大家都需要的功能,。
在筆記本行業(yè)中，蘋果MacBook的觸控板沒有實(shí)體按鍵,，但按下去會(huì)有馬達(dá)反饋,。相比蘋果筆記本的交互設(shè)計(jì)，微軟系的筆記本交互曾經(jīng)做得比較差——觸控板小,，還有兩個(gè)實(shí)體按鍵,。雖然沒有微軟的支持，但現(xiàn)在聯(lián)想和華為已經(jīng)開始用壓力去替代實(shí)體的左右鍵,?！凹~迪瑞可以做到線性輸出、滿足多維度輸入需求(輕按,、重按,、短按、長按),?！叭舞醇颜f到，”現(xiàn)在windows的筆記本上出現(xiàn)的方案還不具備這些功能,?！?/p>
可測量產(chǎn)品除了觸控板，還有很多應(yīng)用場景,，比如蘋果,、微軟、華為,、三星等頭部企業(yè)都推出的壓力筆,，在數(shù)字繪畫的應(yīng)用上需要4096、8192這樣的壓力分級,，據(jù)悉紐迪瑞已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這項(xiàng)技術(shù)的落地,。
四、用標(biāo)準(zhǔn)化提升性價(jià)比,，滿足不同用戶
消費(fèi)類市場是最有挑戰(zhàn)性的市場,，因?yàn)楣庾龅煤貌粔颍€要讓別人用得起,，不能期待蘋果用的東西別人都用得起,。所以紐迪瑞這類供應(yīng)商，一定要用標(biāo)準(zhǔn)化去把模組的性價(jià)比做高,，任璐佳表示,，“性價(jià)比分為成本和性能，成本目前我們已經(jīng)做到了接近于實(shí)體按鍵,，而性能主要看輸出和輸入,。輸入方面紐迪瑞已經(jīng)實(shí)現(xiàn)壓力數(shù)據(jù),、算法實(shí)現(xiàn)和大規(guī)模量產(chǎn)的一致性?！?/p>
在TWS耳機(jī)領(lǐng)域,，紐迪瑞的客戶大致分成三類：一是手機(jī)的品牌做耳機(jī)，二是傳統(tǒng)的音頻品牌,，三是高仿,，這些耳機(jī)有不同的價(jià)位區(qū)間。目前TWS耳機(jī)的主芯片趨勢是高度集成,，任璐佳認(rèn)為壓感功能一定會(huì)在有“主動(dòng)降噪 “級別的TWS耳機(jī)中成為標(biāo)配,，這類產(chǎn)品的價(jià)格基本上是399元到1299元。目前紐迪瑞有Micro LoadCell,、貼合式電容+壓感,、PCB Sensor+彈片三種專用于TWS交互的壓感觸控解決方案，主要就是在性價(jià)比上滿足不同用戶,。
與紐迪瑞的方案不同,，目前市面上有一些采用電容做壓力觸控的方案，但這類的技術(shù)有一些硬傷,。電容壓力感應(yīng)的原理是基于兩層面板,，上面一層面板被壓的時(shí)候產(chǎn)生形變，這時(shí)候它到底下這一層的距離就改變了,，通過改變的數(shù)值可以計(jì)算出受力大小,。“這個(gè)變量是基于底層面板不動(dòng)的假設(shè)下,，但在實(shí)際應(yīng)用中,，底層面板一定是會(huì)動(dòng)的,?！?李灝解釋到，“曾經(jīng)一家抽油煙機(jī)廠商做了電容觸控的壓力操控板,，位置在金屬面板的后面,，在實(shí)驗(yàn)室里面測得很好，但貨送到用戶家用螺絲一擰,，電容之間的距離就發(fā)生變化了,，整個(gè)都不好用了。由此可見在要求抗跌落能力比較強(qiáng),，或者抗安裝比較強(qiáng)的,，電容方案非常受限制?！?/p>
五,、未來愿景
而與其他同類壓感傳感器廠商相比,，紐迪瑞優(yōu)勢首先體現(xiàn)在份額上面。據(jù)李灝介紹,，在除蘋果之外的方案中,，紐迪瑞占所有剩余方案的98%?！斑@也是即貼即用方案經(jīng)過市場檢驗(yàn)之后的結(jié)果,，紐迪瑞解決最大的問題就是易組裝?！?/p>
展望未來,，紐迪瑞希望在現(xiàn)有產(chǎn)品方案上持續(xù)迭代升級，逐步開發(fā)新產(chǎn)品線,，以不斷豐富應(yīng)用領(lǐng)域和場景,，實(shí)現(xiàn)更低成本、更高性能以及功能電路的整合,。
未來有望籍由消費(fèi)電子的人機(jī)交互,，再把壓力交互引入到所謂物機(jī)應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)多功能復(fù)合傳感器,，例如溫度,、體征傳感以及在汽車和軌道上的應(yīng)用。
以后的萬物互聯(lián)不僅包括聲光電,，壓力一定也是互聯(lián)的一部分,。比如機(jī)器人拿東西，機(jī)器對于物體的感知是一定需要有壓力反饋的,，雖然現(xiàn)在還處在非常早期,，但這是未來的大趨勢。