mems传感器与人工智能(mems传感器在工业领域的应用)

近日，马斯克计划在特斯拉人工智能日发布“特斯拉人形”。

机器人”的消息不断发酵，使得

智能机器人关注度再度飙升，有望成为继智能汽车之后的又一风口，商业价值巨大。MEMS传感器作为数字时代的传感层，也得到广泛应用。

机器人中的应用，作为机器人实现智能感知功能的基础，也成为新时代的出路。机器人正在成为MEMS传感器的主要应用市场。ADI公司亚太区MEMS产品线总监赵表示：“MEMS传感器可以测量各种信号，如冲击、倾斜、旋转、加速度和振动等。”随着数字化和智能化程度的不断提高，MEMS传感器在外界感知中发挥着越来越重要的作用。

MEMS技术尤其有利于机器人的发展，可以通过感知各种运动和环境因素，使机器人更加智能，使用更加安全。随着

工业机器人例如，一方面，智能机器人在工业领域的应用越来越广泛；另一方面，MEMS技术支持机器人的外部感知，为数据采集提供高可靠性、可扩展性、灵敏度和高性价比的解决方案。Xi安中兴测控有限公司董事长兼总经理顾荣祥指出，机器人的两大关键技术是感知和控制。感知的完成主要依靠各种传感器，其中MEMS传感器应用广泛。顾湘还强调，机器人使用的传感器类型根据拟人化程度不同而不同。拟人化程度越高，传感器的种类和数量就会越多。近年来，机器人产业的日益智能化为MEMS传感器提供了大量的市场应用机会。惯性传感器中的加速度计、陀螺仪等产品是机器人中应用最广泛的产品类型。在美的集团中央研究院感知技术研究所高级工程师熊桂林看来，在工业机器人中，位置角度传感、力和力矩负载测量、轨迹规划、智能图像和轮廓识别是最常见的应用场景，这些都离不开MEMS传感器的加持。加速度计可用于监测工业设备的振动和转速；陀螺仪是一种基于自由空间运动和定位的控制系统，可以用来感知和保持方向。基于加速度计和陀螺仪的惯性测量单元广泛应用于工业机器人中。编码器、加速度计、力传感器等将集成在机器人的机械臂中。对于机器人这种高精度的机械设备来说，其手臂的角度和姿态要考虑到安全性和稳定性等诸多因素。编码器可以计算跑步姿势和速度，加速度计可以检测跑步安全。机械臂的旋转和展开需要力传感器来测试负载范围。导航是常用的应用功能，在室内无法依赖GPS的情况下，IMU是完成室内飞行路径规划不可或缺的关键设备。“随着机器人产业的智能化发展，姿态检测与协同控制、轨迹规划与计算等场景是必然的。MEMS传感器适用于多场景应用，以及更复杂的运动信号采集和控制。在极端情况下，机器人手臂甚至可以配备触觉手爪，以实现与人手相当的灵活性。”熊桂林强调。随着机器人智能化程度的提高，将会有越来越多的MEMS传感器装载其中。据专家估计，由于机器人的智能化程度不同，传感和其他传感部分约占机器人总成本的10%至20%。机器人领域有望成为继消费电子和汽车之后MEMS传感器的主要新兴应用市场。低功耗和小型化非常重要。目前，MEMS传感器在机器人、智能装备等领域的应用仍面临诸多挑战。顾荣祥指出，传感器将在机器人的发展和应用中发挥至关重要的作用。没有传感器，谈论机器人就是空谈。然而，MEMS传感器与机器人的实际应用需求还有很大差距。比如MEMS图像传感器很多地方分辨率不够高，起不到“眼睛”的作用；像人体皮肤一样的MEMS柔性薄膜传感器还只是处于发展阶段。一些现有的测力柔性传感器刚刚进入小批量应用；MEMS陀螺仪或MEMS惯性测量单元传感器很难为机器人开发小量程产品，精度差距仍然较大。MEMS传感器大多应用于工业环境，环境适应性差，导致稳定性差。由于技术限制，大部分传感器用于服务机器人时基本可以满足环境要求，但直接用于环境复杂的工业领域时，存在环境适应性不足的问题。为应对上述挑战，MEMS传感器将朝着不断提高传感精度、低功耗和小型化的方向发展。熊桂林表示，对于工业制造场景的应用，精度非常重要。

对汽车MEMS传感器的要求更多体现在高可靠性上；消费类产品对MEMS传感器成本和单一品类的产量要求高；而工业产品则体现在高精度、高响应、定制化的需求上。没有高精度和高响应，就无法满足大规模工业生产的精度和复杂要求。为满足这一要求，往往需要实现定制化设计和生产。此外，机器人对MEMS传感器的低功耗和小型化有着严格的要求。赵指出，MEMS传感器通常需要在频率和理想工作点之间找到一个平衡点。当使用2伏或3伏电源时，加速度传感器的功耗通常小于10微安。同时，MEMS传感器往往安装在机器人的末端或手臂上，空间非常狭小。在极端情况下，设计精美的MEMS传感器应该用于可穿戴机器人系统，甚至用于内窥镜医疗应用的可吞咽胶囊。低功耗和小型化无疑变得非常重要。中国已经成为世界上最大的单一MEMS市场。从全球产业结构来看，国际厂商仍然占据主导地位。博通、博世、STT、TI等十大制造商占据了近一半的市场份额。不过，得益于工业控制、机器人等应用，中国机器人市场规模也在快速增长。目前已成为全球MEMS行业最大的单一市场。预计到2023年中国MEMS市场规模将超过1200亿元，增速远高于全球平均水平。以应用为龙头，促进上下游产业互动，将是推动我国MEMS传感产业发展的重大机遇。顾荣祥指出，高端或高智能机器人产业的发展受制于传感器技术的发展。因此，传感器企业和机器人企业必须上下游合作，组成创新联合体，统一攻关，统一未来利益分配。同时，政府部门要协调传感器企业和机器人企业，通过政策、税收或资金来应对难题，打造一站式机器人产业链。熊桂林表示，就MEMS在工业领域的应用而言，其高精度、高响应、中小规模、定制化的需求，结合目前的市场情况，更适合培育发展自有品牌IDM模式。许多国际厂商以工业用MEMS传感器新技术的开发为先导，进而向汽车、消费等领域转移，扩大该系列产品的市场应用范围，以获得产能支持和资金积累，反哺新技术的研究。目前中国半导体行业以无晶圆代工为主。因此，借鉴国际MEMS传感器厂商的发展经验，要想在推动MEMS传感器产业发展的同时，充分发挥设计与技术融合的优势，不断探索和创新MEMS技术的前沿，就应该更加注重IDM模式的培育。此外，传感器状态监测与机器学习相结合是大势所趋。赵强调，从行业趋势来看，传感器会越来越智能化，智能化将是不可逆转的趋势。但是我们不能为了聪明而聪明。企业在产品开发中，要知道客户的痛点是什么，市场的应用需求是什么，然后加入数字化的功能来解决这些问题，而不是简单的堆砌一些运营单元。在未来，产业链的协同创新必将成为赢得市场的杀手锏。