近來任天堂的家庭遊戲機Wii在市場掀起了很大的熱潮,不僅是小孩玩,連大人、老人都玩得不亦樂乎!它的最大賣點在於能創造逼真的運動臨場感,而其核心的技術其實是一個基於微機電系統(MEMS)的無線運動控制裝置。
這個智慧性的球狀裝置中內建了三軸數位加速計感測器,它能沿X-Y-Z三軸來感知運動,能夠對移動方向、速度及加速度的變化做出快速的感測,這些即時的感測數據會經由系統的演算來產生有意義的反應,並立即轉換為螢幕上的動作。此智慧球對具有壓力感測能力,能針對壓力的變化做出反應。
其實MEMS加速計問世已經多時,其中二軸加速計已廣泛被用於汽車安全系統中,它會在感應到碰撞時,自動觸發安全氣囊。三軸加速計則已被用來保護電子設備,尤其是筆記型電腦,當它快速墜落時,此加速計會馬上偵測到,並啟動硬碟磁頭保護措施,以避免因劇烈震動而造成硬碟資料的損毀。
如何將對運動的感測轉化為有意義的用途,可以說是充滿了各種可能性。Wii的成功顯示了在遊戲市場中採用的可行性,而且創造了全新的使用經驗。它也能被用在手機、PDA等手持裝置之中,可以透過傾斜角度來移動視窗中的指標,透過特定動作來充當快速鍵指令,可以直接撥打熱線電話;或以搖動方式來關閉設備。
除了壓力和加速計感測器外,還可利用陀螺儀(Gyrometer)和磁性羅盤(Magnetic Compass)來量測轉動方向,而能得到更全面的運動感測數據。這在運動訓練中會是很好的輔助工具,例如透過在高爾夫球桿或棒球棒的頭端裝上這類感測裝置,就能記憶揮桿或揮捧的軌跡,透過對記錄的分析來得出最佳的揮動力道、時間及方向,進而改進上場的表現。
另一個相當受到注目的應用領域,則是在於行車的導航。在空曠的環境中,我們可以透過衛星來進行行車的定位及導航,但當車子開入隧道或進入收訊不良的區域時,GPS將無法正常定位。這時三軸加速計、陀螺儀等感測器能夠延續對車子移動路線的偵測,提供替代性的導航功能。此功能被稱為方位推估(Dead Reckoning, DR),它在短時間內具有不錯的導航能力,但時間一久,就會開始產生愈來愈大的偏差值。
運動感測還只是MEMS感測的一小部分應用而已,其他已商業化的主要產品還包括微流體元件、RF MEMS、光學MEMS等,可用於照明、溫度、濕度、影像等等感測用途。它們不僅能單獨使用或整合在一個裝置當中,也能組成大量的無線感測網路(Wireless Sensor Network, WSN),進而提供數據搜集、入侵監視、自動控制等強大的功能。
個別MEMS感測器的基本功能往往相當單純,但如何開創無窮商機,就靠應用者的創意了。
(作者為電子產業專業自由作家,聯絡方式:ou.owen@gmail.com )