李铁:MEMS传感技术在穿戴式设备的应用

2013年09月17日 15:03  新浪财经 微博
中科院上海微系统研究所教授李铁 (新浪财经 陈悠然 摄)中科院上海微系统研究所教授李铁 (新浪财经 陈悠然 摄)

    新浪财经讯 国金证券研究所新兴产业部将于2013917在成都举行,新浪财经对本次论坛进行全程直播。

    以下为讲话实录:

    主持人:茶歇前最后一场,我们有请到了中科院上海微系统研究所的李铁教授,他会给我们讲解一下MEMS传感技术在穿戴式设备的应用。大家欢迎!

    李铁:各位来宾下午好!我是来自中国科学院上海微系统研究所的李铁,我是搞MEMS传感技术的,做了有20多年的时间。首先是很高兴有这个机会受到国金证券的邀请来参与到这个活动里面!其实在最开始收到这个邀约的时候,我心里还是比较惶恐。因为在座的都是在证券、金融方面的行家,而我是一个搞技术的,我过来讲些什么呢?我跟任总交流,任总说你就应该从技术上来谈一谈对现在这么火的可穿戴技术的解读。所以我想正好利用这个机会,就这个方面来说一下。

    我今天讲的内容主要是这四个方面。

    首先,我想先讲一下现在可穿戴这个技术的现状。可穿戴这个设备现在非常热,最早是从2002年的谷歌[微博]眼镜开始,相当于提出了一个新的概念。如果我们说像苹果手机是把我们的双手从键盘那里解放出来变成数控,现在是采用一只手进行触碰,就可以实现手机大部分的功能,带来的体验是前所未有的。在刚刚过去的几天里面,智能手表又受到大家的极度关注,刚才讲到几个大的公司都纷纷推出了智能手表,把手机的很多功能通过戴日常的手表的形式就可以实现,因此得到大家极度的认可。

    其实像这个技术,最早的时候听说应该是苹果公司,但是一直是难产,只听到楼梯响,一直没有见到这个美人下来,最终这个美人是个什么样子,我们还不知道,但是从目前的情况看起来的话,我们对这个很有期待,她会给我们带来更多创新的感受。前几年,包括现在很多朋友都已经开始适应智能健身的腕表,把传感器结成在腕表上进行运动,我把它叫做升级版的记步器。我1998年到日本的时候还专门买了一个,但是现在跟那个时候完全不一样,可以实现更多的功能,甚至对你的剩余体量进行监控。可以通过传感器监测你的动作,给你适当的提醒,你是不是坐得太久,你该运动了。这两年,我们可以看到这种可穿戴的产品不断受到大公司的关注,已经越来越成为一个受关注的要点。像9月12号因特尔刚刚公布了一个面向传感设备的超小设备。我们不禁要问,像可穿戴设备的时代是不是已经到来了。

    在回答这个问题之前,先不着急,我们先看看什么是可穿戴的设备。这是我从互联网当中查到的一个定义,就是说可穿戴设备是可以直接穿在身上,或者放在衣服里面。从技术上,就是把传感器,包括射频的东西,包括GPS这些,按照一定的协议接入到移动互联网,从而可以实现人、物任何时间、任何地点的交互。因此这种可穿戴设备的种类已经非常多了,从耳机、眼镜、摄像头,到衣服、鞋子、裤子,还有键盘等发亮的,有很多形形色色的。但是可穿戴设备是不是一定会成为未来大面积进入我们的生活,现在确实是已经有可穿戴设备,但是这个可穿戴设备,我更愿意叫它为可穿戴设备的初级阶段,或者1.0的版本,它只是一个非常初步的情况。

    这是七个解释,可穿戴设备未来一定会深度的介入我们的生活。第一个是技术到了这个层面,可以做出这种产品,来满足大家的需求。另外,大家有这个需求,可以去实现,希望实现这些特定的功能。

    我们再回过头来看典型的可穿戴设备,像谷歌眼镜里面所采用的技术,其中包括像传感器,包括摄像头,这些都是传感器。另外,微型投影仪、震动传感器、麦克风,这个属于输入输出的设备。再下面就是通讯,像WIFI模块或者处理,包括CPU以及操作系统。其实对于腕表来说,其实也不外乎是这样的。所以从这个里面,我们就可以把可穿戴设备分解成传感器输入输出这种设备。我在这里用紫色给大家标出来了,这几个都是基于比较成熟的MEMS技术来做的。所以我想说的是MEMS技术在这种可穿戴设备里面是重要的支柱技术。刚才小马提到传感器和柔性技术,其实这两点都可以纳入MEMS这个大的框架里面。因为MEMS技术对大家来说有点陌生,所以我稍微简单介绍一下。

    MEMS其实在1984年左右提出来的一个名词,叫做微电子机械系统,它其实是利用这种逐步成熟的半导体工艺,把它从原来的两维,拓展到三维,制造一些机械的结构。之前信息社会已经从电子器件的小型化得到了非常多的进步处理,所以在这个技术出来之后也受到非常大的关注。目前MEMS的这种典型的工艺已经可以涵盖四种,我不细说,在不断的发展。

    它带来的好处,它可以把多功能的性能集成在一起,它可以把性能做得更好。此外,由于它是大批量生产的,所以它的成本跟制造时间都可以大大减小。由于减小以后,你可以更方便携带,监控性也很好,功耗也很小。我们现在回过头来看,都是可穿戴设备必不可少的先决条件。

    在这张图里就更清楚的讲到了,大家可以看到在这个图的下半部分是我们利用传统的微电子工艺可以实现的,而上面部分就是通过MEMS可以拓展的功能,提供完全特别的体验。在40年以来,MEMS也是在不断的发展过程中。它从最开始的体内机械,到表面机械,现在真正的跟电子进行深度的集成、绑定的时代。而这种绑定带来的好处,从这张图就可以看出来,它的性能更好、功能更全,但是它的成本、功耗都一路降低。

    正是因为这些因素,导致MEMS从最开始怎么样用在汽车上,因为汽车的传感器可以做得贵一些,到2006年的时候用到游戏里面去。其实真正实现爆发性、爆破性的发展,还是要等苹果手机把这个陀螺给应用出来。所以现在MEMS因为这些应用,已经进入到我们的日常生活,包括刚才讲的苹果手机和iPad,包括投影仪,现在已经把投影仪的市场占了百分之八九十。

    另外就是这个手机,未来有可能还有更多的东西可以加进去。这里用红色标出来的是现在已经用的,但是现在白色的,未来都是有可能用进去的,包括气体的探测,包括口气的探测,或者其他的东西。包括智能手机,包括未来的可穿戴设备,都是可以大胆的应用。

    这里还有一个例子,生物医疗。因为现在我们对健康非常关注,但是现在到医院体检,要做一大堆的东西,用一滴血就可以做很多检查,现在已经有产品逐渐的推出。大家可以看到它带来的巨大变化,尺寸和价格的缩小。

    所以在微电子界,现在已经把MEMS放在超过摩尔定律最重要的组成部分。而这几年,MEMS在全世界的增长也是非常显著,从开始的大概几个亿美金,到现在的几十亿美金接近100亿美金,最近几年的成长非常的迅速。而且这里面有一个特别的地方,我提醒大家可以注意一下这个图,第一个,它是ST公司,前几年在MEMS领域是默默无闻的,但是不排在前面,但是由于它在消费类电子迅速的拉抬,把量一下放大,虽然卖的陀螺的价钱在下降,但是整体的出货量迅速的上升,现在已经成为MEMS统计里面坐第一把交椅的,去年已经突破10亿的出货量。

    这些已经是取得成功的,但是未来在这个领域,其实还是有很多东西,包括今年,我特别关注的一个SiTime的公司,号称可以补充温差的传感器。未来用在手机里面是毋庸置疑的,它在尺寸、在成本方面都具有压倒性的优势。我们现在也在做生物传感器方面的事,我们用自己的技术可以做非常灵敏的生物传感器,它也是非常小,但是非常灵敏,它可以检测到DNA里面有一个配得不对的话,可以给出信号。还有柔性的,我认为这是非常好的技术,在未来可穿戴领域不可限量。

    我还找到一个光能的屏幕,因为电源其实也是传感器的一个重要组成部分,通过把光线采集进晶体,在屏幕之上或者之下就可以实现电能的采集。现在已经可以实现光照10分钟,让手机续航4分钟。未来如果可以更长久的话,这个技术也将对整个产业提供巨大的推动力。

    刚才谈的基本上是国际上MEMS的情况。其实国内的MEMS技术也有非常长的时间,从1999年第一个拿到国家的九七三计划,现在已经连续拿了三个国家的九七三计划,这段期间,国内也有很多公司开始介入到MEMS。虽然国内做这个的不少,单单对于国内这个市场来说,国内公司所占的份额应该说还是非常小,更多的是被国际巨头占了绝对的主导地位。

    最后,我来做一个简单的小结。目前的穿戴设备,现在已经可以在健身、医疗、娱乐上穿起来、戴起来,但是它的功能和应用面非常局限。按照我的理解,可穿戴设备未来一定要形成一个非常广大的发展,像苹果手机那样划时代的发展,首先要让大家愿意穿,不会说穿起来像怪物一样,那肯定没人穿。第二个要方便穿,穿起来不会感觉到很难受,有一个舒适的体验。第三个,要抢着穿。所有的功能,我觉得对我有用。大家现在对健康比较关注,如果你关注健康这一块,肯定能卖掉。另外价格要足够低,这样才有可能在我们国家的这个范围、全世界这个范围得到更广泛的普及。谢谢大家!

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