據麥姆斯咨詢報道,MEMS技術的進步正在引領產品小型化(或者說產品的小型化需求促進了MEMS技術的進步),同時該技術又提高了產品的可靠性、準確性和性能。
據麥姆斯咨詢報道,MEMS(microelectromechanical system,微機電系統)技術的進步正在引領產品小型化(或者說產品的小型化需求促進了MEMS技術的進步),同時該技術又提高了產品的可靠性、準確性和性能。為什么MEMS會在建筑行業開辟中出新的巨大市場?Anetnet Abacus公司的Martin Keenan闡述了其原因:在印度和中國等地區的高需求推動下,這些地區基礎設施發展的巨大需求促進了MEMS需求快速增長。
更小、更便宜的MEMS傳感器和執行器的一系列新應用也推動了這一需求,例如企業打印機中的噴墨、醫院患者的給藥或數字投影儀中的微鏡投射光線等,在此僅枚舉幾例。這種廣泛的應用基礎促進了各行各業對MEMS的需求大幅度增長。
據Yole預測MEMS市場規模將獲得17.5%的增長率,出貨量將獲得26.7%的增長率,其中,消費類市場將占據最大的市場份額(市場規模占比超過50%)。好消息是幾乎所有的MEMS器件都將推動此輪增長。到2023年,MEMS、傳感器和執行器的出貨量將達到1853億顆。
那么,這么多傳感器去往何方了?其中最突出的市場需求來自建筑行業,在該行業,采礦作業中引入了完全自主的運輸工具,改進挖掘機和裝載機的安全性和精確度的步伐已經加快。Komatsu(小松)公司的智能產品和Caterpillar(卡特彼勒)公司的cat Minestar技術可自主堆放垃圾,這都是現在建筑行業自動化的真實案例,其全天候運營能力在建筑行業具有非常大的競爭優勢。
然而,除了消費型汽車所面臨的挑戰之外,建筑工業自動化設備還面臨著其它重大挑戰。最明顯的問題是,道路上的車輛有電子地圖、警示標志、燈光和道路標記等幫助車輛安全行駛。然而,越野工程車卻沒有這些輔助設備,需要依靠一系列傳感器來確定位置和方向(這是一項比汽車所具有的功能還復雜的附加功能,因為汽車往往沒有吊桿、鏟斗或類似挖掘機的旋轉底座)。
這些傳感器包括GPS接收器和天線、傾角傳感器、慣性測量單元(Inertial Measurement Unit,IMU)和位置傳感器等。基于MEMS技術的IMU(例如村田的IMU則被視為該行業的標準)可在小于10厘米的立方體單元中進行測量,如測量三維線性加速度(三軸加速度計)和三維旋轉速度傳感器(三軸陀螺儀),某些情況下測量三維磁場(三軸磁力計)也是如此。
MEMS傳感器另一個特別活躍的市場是激光雷達市場,用于消費型汽車和企業。MEMS激光雷達相對于傳統的機械式多線束激光雷達,優勢是顯著的。后者需要超過一百個激光發射器和接收器同時旋轉和掃描,而MEMS激光雷達只需要少量激光發射器和接收器來掃描MEMS微鏡,這大大降低了成本,也提高了傳感器的量產能力。不過,最大的優勢還是其物理尺寸的差異,從起初置于車頂的機械式多束激光雷達,體積龐大;如今采用MEMS技術制造的激光雷達,體積與放大版火柴盒相當。
在CES 2018中,最受歡迎的產品之一是速騰聚創(Robosense)的MEMS固態激光雷達RS-LiDAR-M1,安裝在菜鳥無人車G Plus中。該自動駕駛汽車旨在取代傳統的送貨上門和快遞車輛,預計將于2018年底開始商業化生產。據速騰聚創稱,MEMS激光雷達傳感器還可用于測繪、無人機、工業和安全應用上。
代表汽車技術呈全面上升趨勢的是測量輪胎壓力的MEMS壓力傳感器,這款最初被視為高端車輛(保時捷和奔馳作為早期支持者)的奢侈品,如今已可以安裝在所有車輛中,作為安全保障機制。事實上,政府監管也在推動需求,美國政府2002年通過的TREAD(美國汽車安全法規)法案,要求自2007年起,所有在美國銷售的新車都必須安裝輪胎壓力監測系統(TPMS)。經過研究分析發現,TPMS系統的安裝,將車輛有一個或多個嚴重充氣不足的輪胎的可能性降低55.6%。
MEMS傳感器的另一個關鍵應用是重型工業起重機系統,隨著貨物運輸時間越來越短,使得起重機在卸載和裝載貨物時的負載擺動增加。不過,將低成本線性MEMS加速度計和陀螺儀結合到分布在起重機周圍的螺栓傳感器單元中,就可以通過傳感器網絡監控有助于起重機負載擺動的因素,從而最大限度地減少不必要的危險。其中最主要優點是能夠輕松、快速且經濟地將MEMS傳感器改裝到現有起重機上。
總體而言,基于MEMS的應用市場蓬勃發展,MEMS傳感器和執行器尺寸的迅速縮小是推動這一市場繁榮的關鍵因素。對能夠降低運營成本、提高實際效率、創造更安全工作環境的自動化解決方案的關注持續升溫,也將持續加速這一發展趨勢。
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