Yang Baru di Sensor MEMS untuk Perangkat yang Dapat Dipakai

Sensor MEMS telah ada sejak lama, tetapi permintaan dari pasar untuk aplikasi baru mendorong peningkatan teknologi. Karena ukurannya yang kecil, akurasi, dan keandalannya, sensor MEMS sangat cocok untuk perangkat wearable.

Sensor tekanan barometrik, misalnya, ideal untuk disematkan di jam tangan, gelang kebugaran, earphone, atau ponsel cerdas untuk mendukung parameter kebugaran yang dapat mendeteksi apakah Anda berjalan di area datar, di tanjakan, atau di tangga. Mereka menambahkan dimensi ketiga (Z) ke perangkat navigasi dua dimensi (X, Y) standar. Faktanya, beberapa cukup sensitif dan akurat sehingga panggilan darurat dapat memberi sinyal kepada penyelamat di lantai berapa Anda berada di gedung pencakar langit. Bosch Sensortec kini telah memperkenalkan sensor tekanan barometrik kuat BMP 384 ke pasar perangkat wearable. Ini telah kokoh dengan paket berisi gel, yang merupakan inovasi untuk sensor tekanan barometrik. Ini membuatnya tahan terhadap air dan berbagai lingkungan yang keras. Selain itu, karena ukurannya yang kecil — 2,0 × 2,0 × 1,0 mm — perangkat ini mudah diintegrasikan ke dalam ponsel cerdas, perangkat yang dapat dikenakan, dan perangkat yang dapat didengar.

Bosch juga telah memperkenalkan sensor AI belajar mandiri BHI260AP, ​​yang dapat diajarkan untuk melacak rutinitas latihan individual yang mencakup berbagai gerakan berbeda. Dan karena memiliki casing tahan air, ia juga dapat melacak putaran, pukulan, dan waktu istirahat untuk latihan berenang.

Di dalam Sensor Tekanan Barometrik MEMS

Mekanisme sensor tekanan seri BMP Bosch, adalah membran setebal 10 hingga 20 mikron dalam cetakan silikon. Ada empat elemen piezoresistif dalam membran sehingga ketika membengkok sebagai respons terhadap tekanan, perubahan resistansi piezoresistor memvariasikan output jembatan Wheatstone, sehingga menghasilkan sinyal tekanan.

Ini adalah teknologi yang telah terbukti dengan baik, yang telah digunakan di pasar otomotif selama lebih dari 20 tahun dan telah terbukti cukup stabil bahkan dalam kondisi yang kasar. Sekarang memasuki industri elektronik konsumen dengan track record yang sukses di belakangnya. Entri terbaru kami ke pasar ini adalah model BMP384, yang tidak hanya kuat, tetapi juga tahan media karena kemasannya yang berisi gel

Akurasi

Akurasi relatif adalah fungsi dari kemiringan kurva output; itu adalah akurasi perubahan ketinggian, bukan pembacaan mutlak. Untuk Bosch BMP 390, performa tinggi adalah +/- 0,03 hPa., yang setara dengan +/- 25 cm.

Akurasi mutlak adalah ukuran kesalahan maksimum dalam pembacaan tekanan yang tepat. Untuk BMP390 performa tinggi, ini adalah +/- 0,50 hPa. Spesifikasi lain yang relevan dengan akurasi mutlak termasuk kebisingan RMS:+/- 0,02 hPa; offset koefisien suhu:(25 °C – 40 °C, pada 900Pa); Stabilitas 12 bulan:+/- 0,16 hPa; dan penyimpangan solder:

(Penyimpangan solder, meskipun tidak sering disebutkan, dapat menjadi faktor yang signifikan. Saat menyolder perangkat ke papan sirkuit tercetak, Anda membuat gradien suhu, yang dapat menyebabkan tekanan mekanis, termasuk tekukan. Jenis tegangan pada sensor MEMS ini dapat menyebabkan perubahan pada keluaran listrik.)

Navigasi

Sensor tekanan barometrik MEMS dapat dioptimalkan untuk berbagai aplikasi. Misalnya, BMP390, yang dirancang untuk pengukuran ketinggian yang akurat, memiliki resolusi yang cukup baik untuk mengukur perubahan ketinggian kurang dari 10 cm. Dengan ukuran casing 2 mm × 2 mm × 0,75 mm, dapat dengan mudah diintegrasikan ke dalam smartphone atau jam tangan. Bosch, bersama dengan NextNav LLC (Sunnyvale, CA), telah mengembangkan sistem navigasi dalam ruangan yang menggunakan BMP390 untuk menyediakan komponen lokasi sumbu z dalam ruangan untuk lokasi dan pemosisian tiga dimensi, cukup baik untuk digunakan untuk panggilan darurat yang ditingkatkan ( E911).

Untuk panggilan darurat, akurasi mutlak sangat penting. Katakanlah Anda tinggal di apartemen di lantai 14, agar responden pertama dapat menemukan Anda dengan cepat, informasi sumbu z, serta x dan y, semuanya harus tepat dan akurat.

Untuk mencapai pembacaan absolut yang paling akurat, Anda harus memulai dengan kalibrasi yang memperhitungkan ketinggian lokasi Anda, misalnya, apakah Anda berada di tepi pantai atau di puncak gunung. Kemudian, ada beberapa faktor tambahan yang dapat mempengaruhi akurasi absolut sensor tekanan. Misalnya, korelasi antara tekanan dan ketinggian bervariasi saat tekanan barometrik luar berubah. Ini umumnya tidak signifikan untuk perubahan ketinggian yang cepat, tetapi misalnya, jika ponsel Anda dengan sensor tertanamnya berada di satu lokasi tertentu selama 10 jam, tekanan lingkungan kemungkinan akan berubah selama periode tersebut. Jadi itu berarti perlu untuk membawa sinyal korektif eksternal. Itu dapat dicapai dengan fusi sensor, menggabungkan informasi dari beberapa jenis sensor yang berbeda, seperti inersia dan magnetik.

Kebugaran — Sensor Tekanan

Untuk melacak rutinitas latihan, akurasi relatif baik-baik saja — Anda hanya tertarik pada perubahan ketinggian, bukan nilai absolut. Namun, faktor lingkungan sangat penting untuk pelacak kebugaran, terutama untuk perangkat yang dapat dikenakan, seperti jam tangan pintar, terutama jika Anda ingin melacak renang.

BMP384 yang diisi gel dapat digunakan untuk pelacakan kebugaran, terutama jika menyangkut perubahan ketinggian atau kebugaran di lingkungan yang keras seperti air.

Agar sensor dapat beroperasi di lingkungan yang keras, mekanisme penginderaan serta ASIC yang tertanam harus diisolasi. Dalam BMP 384 ini dilakukan dengan menerapkan lapisan gel antara diafragma dan kasing. Dibutuhkan pengetahuan khusus untuk membuat dan mengaplikasikan gel dengan sifat mekanik dan termal yang tepat. Gel harus mentransmisikan tekanan ke membran, sementara tidak menghalanginya untuk menekuk. Ia juga harus menghantarkan panas dengan cukup baik sehingga sensor bekerja pada rentang suhu yang luas dan akhirnya, sensor tidak boleh kaku selama masa pakai sensor.

Kebugaran — Kecerdasan Buatan

Sensor MEMS BHI260AP, ​​yang diperkenalkan oleh Bosch di CES 2021 dirancang untuk diintegrasikan ke dalam perangkat yang dapat dikenakan di pergelangan tangan, seperti jam tangan pintar dan gelang kebugaran; atau yang dapat didengar. Ini tidak hanya berisi IMU enam derajat kebebasan dengan akselerometer 3-sumbu 16-bit dan giroskop 3-sumbu 16-bit, tetapi juga mikrokontroler 32-bit yang dapat diprogram pelanggan. Kombinasi perangkat keras ini ditambah perangkat lunak AI belajar mandiri yang disertakan mendukung perangkat kebugaran yang sangat canggih.

Berenang. Bosch Sensortec telah mengembangkan perangkat lunak pelacak renang untuk BHI260AP. Menggunakan data sensor real-time dari IMU dan mikrokontroler floating-point, ini dapat menyediakan data sensor mentah serta menjalankan fungsi AI yang menghasilkan hasil yang relevan untuk digunakan langsung oleh prosesor aplikasi. Sensor gerak bawaan menentukan kapan pengguna mulai berenang, tanpa memerlukan tindakan apa pun dari perenang. Kemudian mengklasifikasikan jenis pukulan dari empat kategori yang mungkin — gaya punggung, gaya bebas, kupu-kupu, dan gaya dada — dan mencatat jumlah pukulan, putaran, dan jeda di antara putaran.

Latihan di rumah. Sensor "pintar" ini dapat dilatih untuk menjadi asisten pribadi untuk latihan di rumah Anda — Sensor ini dapat mengenali dan melacak detail rutinitas latihan pribadi Anda. Meskipun dilengkapi dengan 15 aktivitas kebugaran terprogram, aktivitas tambahan dapat diunggah.

Sensornya cukup pintar untuk mengenali latihan baru dan dapat beradaptasi agar sesuai dengan latihan spesifik Anda sendiri. Dengan belajar dari perilaku Anda, perangkat ini dapat mengenali ratusan gerakan dan pola yang berbeda, bukan hanya gerakan dan pola yang telah diprogram sebelumnya oleh produsen perangkat.

Untuk setiap latihan, Anda bisa mendapatkan umpan balik yang terperinci dan instan, misalnya:jenis aktivitas, waktu yang diperlukan, dan jumlah set dan pengulangan yang perlu dilakukan. Ini kemudian diubah menjadi informasi spesifik tentang intensitas dan frekuensi latihan. Saat pengguna mengikuti rencana latihan yang telah ditentukan, mereka dapat diberi tahu tentang seberapa dekat mereka untuk mencapai tujuan pribadi mereka seperti penurunan berat badan, mengencangkan, atau tingkat kebugaran.

Untuk latihan intensitas tinggi, di mana pengguna dengan cepat beralih di antara aktivitas yang berbeda, misalnya, berolahraga selama 20 hingga 30 detik, diikuti dengan istirahat selama 20 hingga 30 detik. Perangkat pelacak AI dapat secara otomatis dan andal mengenali setiap latihan baru saat transisi dari satu latihan ke latihan lainnya.

Pemrosesan Tepi. Ada beberapa keuntungan memiliki pemrosesan data yang tertanam di sensor, daripada mentransmisikan data mentah ke prosesor pusat, mungkin di cloud. Pertama-tama, dibutuhkan lebih banyak daya untuk mengirimkan data dalam jumlah besar, daripada sinyal yang telah menggunakan data tersebut untuk menghitung pesan keluaran yang signifikan. Daya juga dapat dikurangi jika prosesor lokal dapat mengumpulkan data dan hanya mengirimkannya pada interval tetap daripada terus-menerus. Ini sangat penting untuk memaksimalkan masa pakai baterai. Ada juga pertanyaan tentang privasi:pengguna rumahan, tetapi terutama atlet profesional, tidak ingin orang lain memiliki akses ke catatan mereka. Dan untuk gerakan cepat, Anda tidak ingin latensi yang disebabkan oleh pengiriman data ke tempat lain daripada memprosesnya langsung di sensor.

Menjumlahkannya

Pengembangan sensor MEMS yang semakin canggih memungkinkan aplikasi untuk perangkat yang dapat dikenakan hanya dibatasi oleh imajinasi desainer. Dua contoh kemajuan utama pada saat ini termasuk sensor tekanan barometrik berisi gel Bosch BMP384, yang sangat tahan terhadap cairan dan BHI260AP, ​​yang mencakup IMU dan prosesor tepi untuk menjalankan aplikasi kecerdasan buatan.

Artikel ini ditulis oleh Dr. Stefan Finkbeiner, CEO, Bosch Sensortec (Reutlingen, Jerman). Untuk informasi lebih lanjut, hubungi Constantin Schmauder di Alamat email ini dilindungi dari robot spam. Anda perlu mengaktifkan JavaScript untuk melihatnya.; atau kunjungi di sini .