運(yùn)動對生命既是不可或缺的，也是必不可少的。我們這些移動的人似乎處于永動機(jī)中，對于那些不動的人來說，可能需要某種形式的機(jī)械輔助工具來協(xié)助提供運(yùn)動。不難想象，能夠測量這種運(yùn)動的慣性傳感器在提供關(guān)于我們自己的有用信息方面如何變得像今天的音頻（麥克風(fēng)）或光學(xué)（相機(jī)）傳感器一樣有價值。

當(dāng)涉及到與MEMS相關(guān)的生活質(zhì)量討論時，定義不同的程度或階段可能是有用的，從測量到增強(qiáng)，再到確保。與音頻和光學(xué)傳感一樣，很容易識別慣性傳感器可以測量、捕獲或衡量個人輸出/健康狀況的應(yīng)用。例如，計步器使用加速度計來檢測步數(shù)并提供健身活動的測量值。同樣顯而易見的是，嵌入假肢中的運(yùn)動探測器可以增強(qiáng)殘疾人的活動能力，并且檢測直立與俯臥位置的加速度計可用于挽救生命的患者監(jiān)測。在本文中，我們將探討運(yùn)動傳感器的技術(shù)挑戰(zhàn)和復(fù)雜性范圍，以及測量、增強(qiáng)和確保的生活質(zhì)量機(jī)會。

傳感器性能

雖然慣性MEMS傳感器在汽車和消費(fèi)市場中的成功在某些指標(biāo)上帶來了傳感器性能的快速進(jìn)步，但這些現(xiàn)有應(yīng)用與仍在出現(xiàn)的醫(yī)療生活質(zhì)量需求之間的性能要求仍然存在很大差異。為了檢查不同應(yīng)用的廣泛需求，我們可以比較功耗、尺寸、可靠性、環(huán)境魯棒性、性能和性能漂移方面的要求。功耗和尺寸可能是這些規(guī)格中唯一已經(jīng)被消費(fèi)類應(yīng)用推向極端水平的規(guī)格。為汽車開發(fā)的傳感器通常還需要高水平的可靠性和環(huán)境魯棒性。

單傳感器應(yīng)用

生活質(zhì)量測量應(yīng)用，如活動監(jiān)測器，可以從低功耗、小尺寸傳感器中受益，但也需要高水平的環(huán)境魯棒性，以便能夠?qū)嶋H所需的運(yùn)動與其他隨機(jī)影響區(qū)分開來。生活質(zhì)量增強(qiáng)工具可以分為可穿戴設(shè)備（如假肢）和手術(shù)或診斷設(shè)備（如機(jī)器人手術(shù)工具或便攜式超聲設(shè)備）。無論哪種情況，由于主動控制水平與測量設(shè)備的被動監(jiān)控水平的提高，性能和可靠性要求也隨之提高。為了解決生活質(zhì)量的保證問題，包括微型遠(yuǎn)程手術(shù)和其他生命攸關(guān)的監(jiān)視器，不僅需要高性能，還需要非常低的時間漂移，以及對環(huán)境影響的最小敏感性。

表1建立了一些相對品質(zhì)因數(shù)，以比較各種規(guī)格因素下各種類型的生活質(zhì)量應(yīng)用的復(fù)雜性。即使對于測量設(shè)備中相對較低的電平要求，極低的功耗和小尺寸以及抑制溫度/沖擊/振動影響的能力相結(jié)合，也將這些應(yīng)用的需求與最簡單的消費(fèi)者驅(qū)動的傳感器需求區(qū)分開來。

多種傳感器應(yīng)用

到目前為止，討論集中在單個傳感器的特性上，可能是測量線性運(yùn)動（單軸加速度計）或角運(yùn)動（單軸陀螺儀）。實際上，在現(xiàn)實生活中，運(yùn)動僅限于（或可通過單個傳感器類型或單個軸識別）的場景相對較少。為了捕獲最精確的運(yùn)動表示，或允許在不受限制的條件下（安裝位置或運(yùn)動范圍）使用，通常需要智能地合并多個傳感器，并將傳感器準(zhǔn)確地對準(zhǔn)應(yīng)用參考框架。因此，除了基本的傳感器元件之外，機(jī)械和傳感器/信號處理要求也有很大差異，并且隨著我們從測量到增強(qiáng)再到確保，復(fù)雜性也在增加。

一個有趣的例子是在手術(shù)室中使用慣性傳感器，使人工關(guān)節(jié)（膝蓋或髖關(guān)節(jié)）更準(zhǔn)確地對準(zhǔn)患者獨特的解剖結(jié)構(gòu)。這種提高生活質(zhì)量的應(yīng)用旨在將關(guān)節(jié)對準(zhǔn)提高到患者自然對準(zhǔn)軸的誤差小于一度，而不是今天使用純機(jī)械對準(zhǔn)方法通常為三度或更大的誤差。這有可能提供侵入性更小、手術(shù)時間更短、術(shù)后舒適度更高、關(guān)節(jié)置換更持久。

審核編輯：郭婷