近来任天堂的家庭游戏机Wii在市场掀起了很大的热潮,不仅是小孩玩,连大人、老人都玩得不亦乐乎!它的最大卖点在于能创造逼真的运动临场感,而其核心的技术其实是一个基于微机电系统(MEMS)的无线运动控制装置。
这个智能性的球状装置中内建了三轴数字加速计传感器,它能沿X-Y-Z三轴来感知运动,能够对移动方向、速度及加速度的变化做出快速的感测,这些实时的感测数据会经由系统的演算来产生有意义的反应,并立即转换为屏幕上的动作。此智能球对具有压力感测能力,能针对压力的变化做出反应。
其实MEMS加速计问世已经多时,其中二轴加速计已广泛被用于汽车安全系统中,它会在感应到碰撞时,自动触发安全气囊。三轴加速计则已被用来保护电子设备,尤其是笔记本电脑,当它快速坠落时,此加速计会马上侦测到,并启动硬盘磁头保护措施,以避免因剧烈震动而造成硬盘数据的损毁。
如何将对运动的感测转化为有意义的用途,可以说是充满了各种可能性。Wii的成功显示了在游戏市场中采用的可行性,而且创造了全新的使用经验。它也能被用在手机、PDA等手持装置之中,可以透过倾斜角度来移动窗口中的指针,透过特定动作来充当快捷键指令,可以直接拨打热线电话;或以摇动方式来关闭设备。
除了压力和加速计传感器外,还可利用陀螺仪(Gyrometer)和磁性罗盘(Magnetic Compass)来量测转动方向,而能得到更全面的运动感测数据。这在运动训练中会是很好的辅助工具,例如透过在高尔夫球杆或棒球棒的头端装上这类感测装置,就能记忆挥杆或挥捧的轨迹,透过对记录的分析来得出最佳的挥动力道、时间及方向,进而改进上场的表现。
另一个相当受到注目的应用领域,则是在于行车的导航。在空旷的环境中,我们可以透过卫星来进行行车的定位及导航,但当车子开入隧道或进入收讯不良的区域时,GPS将无法正常定位。这时三轴加速计、陀螺仪等传感器能够延续对车子移动路线的侦测,提供替代性的导航功能。此功能被称为方位推估(Dead Reckoning, DR),它在短时间内具有不错的导航能力,但时间一久,就会开始产生愈来愈大的偏差值。
运动感测还只是MEMS感测的一小部分应用而已,其他已商业化的主要产品还包括微流体组件、RF MEMS、光学MEMS等,可用于照明、温度、湿度、影像等等感测用途。它们不仅能单独使用或整合在一个装置当中,也能组成大量的无线感测网络(Wireless Sensor Network, WSN),进而提供数据搜集、入侵监视、自动控制等强大的功能。
个别MEMS传感器的基本功能往往相当单纯,但如何开创无穷商机,就靠应用者的创意了。