HP MEMS kann Bewegungserkennung erschüttern

Dieser Beschleunigungsmesser in Ihrem neuen iPhone 3GS muss ziemlich cool scheinen, das Telefon in Landschaftsansicht schalten und Sie durch Rennspiele und alles steuern. Aber es ist nichts im Vergleich zu dem, was Hewlett-Packard erfunden hat.

Beschleunigungssensoren oder Inertialsensoren sind Geräte, die Stöße, Vibrationen und Geschwindigkeitsänderungen erfassen. Die in Mobiltelefonen und anderen Verbrauchergeräten verwendeten sind MEMS (mikroelektromechanische Systeme), im Wesentlichen integrierte Schaltungen mit beweglichen Teilen. Obwohl sie klein und relativ kostengünstig sind, waren sie laut HP bisher nicht in der Lage, den empfindlicheren Sensoren, die in Verkehrsflugzeugen und anderen kommerziellen Anwendungen verwendet werden, zu entsprechen.

Jetzt hat das Unternehmen einen MEMS-Beschleunigungssensor entwickelt, der die Arbeit der High-End-Sensoren, die bisher mechanische Vorrichtungen in der Größe eines Ziegels waren, die ungefähr 1.000 US-Dollar pro Achse kosten, wobei jede Achse eine Bewegung in einer Richtung abtastet. Dies geschah teilweise mit der Technologie, die in der Druckerabteilung entwickelt wurde, die eine andere Art von MEMS in Druckköpfen verwendet. Für den Moment sind diese HP Sensoren nicht billig genug, um in die Unterhaltungselektronik zu passen, aber weil sie MEMS sind, können sie in ein paar Jahren dorthin kommen. In der Zwischenzeit könnten sie den Einsatz von Beschleunigungssensoren in Gebäuden und in der Geologie revolutionieren.

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Die sehr empfindlichen Chips sind laut HP 1.000 Mal so empfindlich wie die in heutigen Consumer-Geräten. Als Hinweis darauf, wie empfindlich sie sind, würde eine Visitenkarte, die an einem Ende einer Tabelle abgelegt wurde, ein sehr starkes Signal auf einem dieser Sensoren am anderen Ende erzeugen, sagt David Erickson, technischer Leiter der Technology Development Organization.

Aufgrund ihrer Größe, ihrer Kosten und ihres geringen Stromverbrauchs könnten die neuen Sensoren in großen Arrays verwendet werden, die über einen Bereich oder eine Struktur verteilt sind. HP spricht mit potenziellen Anwendern darüber, welche Arten von Miniatur-Trägheitssensoren sie verwenden könnten, und das Unternehmen hofft, ihnen die Sensoren zusammen mit drahtlosen Netzwerken, Speichersystemen und Rechenzentren zu verkaufen, um die Informationen zu sammeln, zu speichern und zu verarbeiten.

Zum Beispiel könnte eine große Sammlung dieser Sensoren auf der San Francisco-Oakland Bay Bridge Ingenieuren wichtige Informationen gegeben haben, um ihnen zu helfen, den Kabelbruch der letzten Woche zu verhindern, der die Brücke sechs Tage lang geschlossen hat, sagte Erickson. Ein paar hundert oder so winzige MEMS, die an der Brücke befestigt waren, hätten spüren können, wie sich verschiedene Teile der Struktur unter verschiedenen Bedingungen wie Wind oder starkem Verkehr bewegten. Durch den Vergleich aller gesammelten Daten mit einem Modell, wie sich die Brücke bewegen sollte, hätten die Ingenieure möglicherweise vorhersagen können, dass ein Teil nachgeben würde, sagte er. Diese Art der strukturellen Gesundheitsüberwachung könnte auch auf Gebäude angewendet werden, mit vielen kleinen Vorrichtungen an allen strukturellen Komponenten.

Eine weitere mögliche Anwendung ist die geophysikalische Kartierung, bei der im Bergbau, bei Bohrungen und seismischen Analysen eine MRT (Magnetresonanztomographie) eingesetzt wird) ist zur Medizin. Nachdem sie in regelmäßigen Abständen unterirdische Bewegungssensoren angebracht haben, um ein Gitter zu bilden, benutzen Wissenschaftler einen Vorschlaghammer oder eine Explosion, um eine Schwingung durch den Boden zu senden. Diese Vibrationen prallen auf die verschiedenen Materialien unter der Oberfläche und werden von den Sensoren erkannt. Wenn alle Daten kombiniert sind, bildet sie eine virtuelle Karte.

HP hat seine Trägheitssensoren mit drei Siliziumschichten versehen. In der mittleren Schicht befindet sich eine winzige bewegliche Masse, die an Federn aufgehängt ist und auf beiden Seiten Elektroden hat. Während sich die Masse bewegt, ändert sie die Signale zwischen den Elektroden, und diese Änderung wird als Vibration oder Bewegung registriert, sagte Erickson.

Die Chips, etwa 5 Millimeter im Quadrat und 2 mm dick, verbrauchen nur etwa 50 Milliwatt an Elektrizität HP. Auf dieser Ebene könnten sie mit Strom arbeiten, der aus der Umgebung "geerntet" wurde, sagte Rich Duncombe, ein ausgezeichneter Technologe und Stratege bei HP. Zu den Möglichkeiten gehören das Ernten von Energie aus Radiowellen oder Temperaturänderungen in der Umgebung oder sogar aus der Bewegung, die die Sensoren gerade erkennen, sagte er.

Das Marktforschungsunternehmen Gartner erwartet, dass der Markt für nicht-optische Sensorchips wie MEMS von 2,7 Milliarden US-Dollar im Jahr 2012 um 10 Prozent pro Jahr auf etwa 4,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2012 wachsen wird. Das ist fast doppelt so viel wie im Gesamtmarkt Gärtner. HPs Durchbruch bei MEMS-Beschleunigungsmessern, die Kompromisse zwischen Größe, Gewicht, Kosten und Leistung überwindet, wird wahrscheinlich zu höheren Stückzahlen und niedrigeren Preisen führen, wie es andere Chip-Industrien getan haben, sagte Gartner-Analyst Jim Walker empfindliche MEMS machen es zu Verbraucherprodukten, sie könnten Telefonen einige interessante neue Fähigkeiten geben. Sie sind empfindlich genug, um den Standort zu erkennen, so dass Benutzer ständig wissen, wo sie sich selbst auf Straßen in der Stadt mit schlechter GPS-Abdeckung befinden, sagte Erickson. Gartner's Walker hält Gesundheitsversorgung für einen Bereich, in dem sie sich als nützlich erweisen könnten. Ein Sensor auf einem Mobiltelefon könnte den Herzschlag des Benutzers spüren, einen Herzinfarkt erkennen und automatisch Notdienste anrufen, sagte er.

HP ist besorgt über mehr als Brücken, Bergbau oder Mobiltelefone. Sie möchte die winzigen Trägheitssensoren als Teil des Zentralnervensystems für die Erde nutzen, ein Informationsökosystem, das aus verschiedenen Sensoren besteht, die weltweit mit Netzwerken, Speichern, Servern und Software verbunden sind. Zum Beispiel könnten all diese Sensoren, die in Gebäuden und Brücken installiert sind, einen riesigen kollektiven Seismographen bilden, der den Wissenschaftlern hilft, Erdbeben zu erkennen und vorherzusagen.

"Wir sind gerade dabei, wirklich zu verstehen, wie solche Netzwerke entwickelt und entwickelt werden wie sie dazu beitragen werden, die größeren Probleme zu lösen, mit denen die Gesellschaft arbeitet ", sagte HPs Duncombe.