HP MEMS kan skaka Motion Sensing

Den accelerometern i din nya iPhone 3GS måste verka ganska cool, växla telefonen till landskapsvisning och styra dig genom racing spel och allt. Men det är ingenting jämfört med vad Hewlett-Packard har kommit upp.

Accelerometrar eller tröghetssensorer är enheter som känner av stötar, vibrationer och hastighetsförändringar. De som används i mobiltelefoner och andra konsumentenheter är MEMS (mikroelektromekaniska system), väsentligen integrerade kretsar med rörliga delar. Även om de är små och relativt billiga, har de inte lyckats matcha de känsligare sensorerna som används i flyglinjer och andra kommersiella applikationer hittills, enligt HP.

Nu har företaget utvecklat en MEMS accelerometer som kan göra arbetet med high-end sensorer, som hittills har varit mekaniska enheter storleken på en tegel som kostar ungefär 1 000 USD per axel, varvid varje axel känner rörelse i en riktning. Det gjorde det delvis med teknik som utvecklats i sin skrivardivision, som använder en annan typ av MEMS i skrivhuvuden. För närvarande är dessa HP-sensorer inte billiga nog att sätta in konsumentelektronik, men eftersom de är MEMS kan de komma dit om några år. Under tiden kunde de revolutionera användningen av accelerometrar i byggnader och geologi.

[Vidare läsning: De bästa Android-telefonerna för varje budget.]

De mycket smarta chipsen är 1000 gånger så känsliga som de i konsumentenheter idag, enligt HP. Som en indikation på hur känsliga de är, skulle ett visitkort som släpptes i ena änden av ett bord generera en mycket stark signal på en av dessa sensorer i andra änden, enligt David Erickson, ingenjörschef i Technology Development Organization.

På grund av sin storlek, kostnad och låg strömförbrukning kan de nya sensorerna användas i stora arrays fördelade över ett område eller en struktur. HP pratar med potentiella användare om vilka typer av miniatyr tröghetssensorer de kan använda och företaget hoppas sälja dem sensorerna tillsammans med trådlösa nätverk, lagringssystem och datacentraler för att samla, behålla och bearbeta informationen som kommer ut ur arraysna. Exempelvis kan en stor samling av dessa sensorer på San Francisco-Oakland Bay Bridge ha givit ingenjörer kritisk information för att hjälpa dem att förhindra kabelbrottet förra veckan som tvingade bron att stänga i sex dagar, sade Erickson. Ett par hundra eller så små MEMS kopplade till bron kunde ha avkänkt hur olika delar av strukturen rörde sig under olika förhållanden, såsom vind eller tung trafik. Genom att jämföra alla data som de samlat in mot en modell av hur broen borde röra sig, kan ingenjörer ha kunnat förutsäga att en del skulle ge plats, sa han. Den typ av strukturell hälsoövervakning kan också tillämpas på byggnader med många små anordningar kopplade till alla strukturella komponenter.

En annan möjlig tillämpning är geofysisk kartläggning, vilket är att bryta, borra och seismisk analys vad en MR (magnetisk resonansbildning) är till medicin. Efter plantering av rörelsessensorer med jämna mellanrum för att bilda ett rutnät, använder forskare en slädehammer eller explosion för att skicka en vibration genom marken. Dessa vibrationer studsar av de olika materialen under ytan och detekteras av sensorerna, så när alla data kombineras bildar den en virtuell karta.

HP konstruerade sina tröghetssensorer med tre lager kisel. Inuti mellanskiktet finns en liten rörlig massa som är upphängd på fjädrar, med elektroder på vardera sidan av den. När massan rör sig ändras signalerna mellan elektroderna, och den förändringen är registrerad som vibration eller rörelse, säger Erickson.

Spånen, ca 5 millimeter kvadrat med 2 mm tjock, förbrukar endast cirka 50 milliwatt el, enligt HP. På den nivån kunde de drivas på makten "skördad" från den omgivande miljön, säger Rich Duncombe, en framstående tekniker och strateg vid HP. Möjligheterna är att skörda energi från radiovågor eller temperaturförändringar i miljön, eller ens från den rörliga rörelsen sensorerna upptäcker, sa han.

Forskningsbolaget Gartner förväntar sig att marknaden för icke-optiska sensorkretsar som MEMS kommer att växa med 10 procent per år, från 2,7 miljarder dollar 2007 till ca 4,4 miljarder dollar 2012. Det är nästan dubbelt så hög som den totala halvledarmarknadens tillväxt, enligt Gartner. HP: s genombrott med MEMS-accelerometrar, som övervinner avvägningar mellan storlek, vikt, kostnad och prestanda, kommer sannolikt att leda till högre volymer och lägre priser, vilket har skett inom andra chipindustrier, säger Gartner-analytiker Jim Walker. känsliga MEMS gör det till konsumentprodukter, de kan ge telefoner några intressanta nya möjligheter. De är känsliga nog för att urskilja plats, så användarna kan ständigt veta var de ens var på stadsgator med dålig GPS-täckning, sa Erickson. Gartners Walker tycker att vården är ett annat område där de kan komma till nytta. En sensor på en mobiltelefon kan känna användarens hjärtrytm, upptäcka hjärtinfarkt och ringa automatiskt nödtjänster, sa han.

HP är bekymrad över mer än broar, gruvor eller mobiltelefoner. Den vill använda de små tröghetssensorerna som en del av det centrala nervsystemet för jorden, ett informationsekosystem som består av olika sensorer knutna till nätverk, lagring, servrar och mjukvaror runt om i världen. Till exempel kan alla sensorer installerade i byggnader och broar bilda en jätte kollektiv seismograf för att hjälpa forskare att upptäcka och förutsäga jordbävningar. "

" Vi är bara på framsidan av att verkligen förstå hur genomgripande nätverk av detta slag kommer att utvecklas och hur de ska bidra till (lösa) de större problemen som samhället arbetar igenom, säger HP Duncombe.