Cztery mld czujników MEMS od Boscha

Czujniki mikromechaniczne stały się integralną częścią samochodów i smartfonów. Maleńkie czujniki stają się coraz inteligentniejsze, kompaktowe i energooszczędne. Dzięki czujnikom MEMS można integrować jeszcze więcej produktów – w Internecie przedmiotów integracja obejmie wszystkie produkty – także te, które do tej pory nie były kojarzone z elektroniką, np. drzwi czy okna. Czujniki są gwarancją wyższego komfortu, bezpieczeństwa i oszczędności energetycznej.

Bosch oferuje czujniki wykorzystywane do wielu różnych zastosowań w elektronice samochodowej i użytkowej. Czujniki MEMS (Micro Electro Mechanical Systems – mikrosystemy elektromechaniczne)  mierzą między innymi ciśnienie, przyspieszenie, ruch obrotowy, z pole magnetyczne ziemi.

Dzięki temu pełnią rolę organów zmysłów w samochodach i smartfonach. Od roku 1995 Bosch produkuje czujniki dla samochodów. Przykładowo, głównym elementem elektronicznego układu stabilizacji toru jazdy ESP jest czujnik odchylenia kierunkowego, który rejestruje ruch obrotowy samochodu wokół jego osi pionowej. We współczesnym pojeździe może być zamontowanych nawet 50 czujników MEMS. Dzięki czujnikowi przyspieszenia Bosch Sensortec smartfon lub tablet, wie kiedy jest trzymany w pozycji pionowej i odpowiednio dopasowuje wyświetlanie obrazu. Maleńkie mikrofony MEMS produkowane przez należącą do Bosch spółkę Akustica rejestrują szumy i mowę. Czujniki Bosch znajdują się już w co drugim smartfonie na świecie.

Bosch od samego początku bierze udział w rozwijaniu technologii MEMS i jest dziś wiodącym dostawcą tej technologii na wyjątkowo dynamicznie rozwijającym się rynku, co potwierdzają eksperci rynkowi IHS Technology oraz Yole Développement. Od czasu rozpoczęcia produkcji w roku 1995 Bosch wyprodukował już ponad cztery miliardy czujników MEMS. W 2013 roku taśmy nowoczesnej fabryki procesorów w Reutlingen opuściło ok. miliard czujników, co oznacza że fabryka produkuje trzy miliony sztuk dziennie. – Bosch jest jedynym dostawcą, który samodzielnie produkuje różne typy czujników mających wiele zastosowań. W sumie Bosch jest posiadaczem ponad 1 000 patentów i wniosków patentowych w dziedzinie technologii MEMS. Gwarantuje to naszą innowacyjność – mówi Klaus Meder, prezes działu branżowego Bosch Automotive Electronics.

Trendy technologii: większa funkcjonalność i wyższa inteligencja
Czujniki MEMS mogą dziś mierzyć coraz więcej parametrów. Na początku 2014 roku spółka Bosch Sensortec wprowadziła na rynek światową nowość w dziedzinie czujników: zintegrowany czujnik BME280 który w jednej obudowie łączy funkcje pomiaru ciśnienia, wilgotności i temperatury. Nowy czujnik został opracowany z myślą o zastosowaniach w obszarach takich, jak monitorowanie środowiska, nawigacja wewnątrz budynków (Indoor Navigation), inteligentne domy (Smart Home), spersonalizowane stacje pogodowe oraz sport i fitness. Czujnik mierzy wilgotność powietrza w ciągu zaledwie jednej sekundy – to absolutny rekord w branży. Odznacza się także bardzo wysoką dokładnością pomiaru temperatury otoczenia i niskim zużyciem energii.
Czujniki Bosch stają się także coraz inteligentniejsze. Obecnie rozpoczynamy produkcję pierwszego czujnika, który mierzy nie tylko przyspieszenie, ruch obrotowy i pole magnetyczne, ale także posiada mikrokontroler analizujący wskaźniki.

Technologia o kluczowym znaczeniu dla Internetu przedmiotów i usług
Wprowadzenie czujników MEMS do elektroniki samochodowej w latach osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku było pierwszym symptomem ich upowszechnienia. Stosowanie czujników na masową skalę w smartfonach od początku XXI wieku wyznaczyło początek drugiej fali popularyzacji. Internet przedmiotów i usług można nazwać trzecią falą: czujniki, przetworniki sygnału, baterie i nadajniki są tak kompaktowe, energooszczędne i niedrogie w produkcji, że można je stosować w miliardach urządzeń. Równocześnie zwiększyła się dostępność sieci przesyłu drogą radiową. Tym samym czujniki MEMS stały się technologią, która ma kluczowe znaczenie dla rozwoju Internetu przedmiotów i usług. Dlatego czujniki muszą być wyposażone w mikrozłącze radiowe, baterię oraz funkcje programowe. Do Internetu mają być bowiem przesyłane nie surowe dane, lecz tylko istotne informacje, przeanalizowane przez inteligentny układ. Lokalne przetwarzanie danych wymaga know-how w zakresie systemów, którym dysponuje firma Bosch. Już w roku 2013 Bosch wprowadził do produkcji seryjnej czujnik drzwiowy, który przesyła na smartfon właściciela domu informacje o

podejrzanym ruchu. W przyszłości okna będą mogły za pomocą dyskretnie rozmieszczonych czujników sterować ogrzewaniem lub systemem alarmowym w domu, a bransoletki wyposażone w czujniki same powiadomią służby ratunkowe po wykryciu, że osoba, która ją nosi, przewróciła się i prawdopodobnie potrzebuje pomocy. Czujniki podłączone do Internetu będą znajdować się nie tylko w smartfonach, ale także w innych dostosowanych do tego produktach.

Internet przedmiotów i usług oferuje wysoki potencjał biznesowy
Ważnym obszarem przyszłego wzrostu obrotów są produkty i usługi wykorzystujące Internet. Bosch, posiadający know-how w dziedzinie sprzętu oraz szerokie kompetencje technologiczne, jest dobrze przygotowany do realizacji tego zadania. W celu rozwijania tego obszaru działalności, Bosch założył pod koniec 2013 roku spółkę Bosch Connected Devices and Solutions GmbH. Oferuje ona kompaktową elektronikę oraz know-how w dziedzinie oprogramowania, mając na celu wyposażenie w inteligencję oraz połączenie z siecią urządzeń i obiektów z całkiem różnych obszarów zastosowań. Spółka koncentruje się na rozwijaniu zintegrowanych z Internetem czujników i aktuatorów. Aktuatory przetwarzają sygnały elektryczne otrzymywane z czujników lub sterowników w konkretne działanie. Przykładem może tu być włączanie i wyłączanie oświetlenia oraz otwieranie i zamykanie zaworu. Strategia spółki idzie przede wszystkim w kierunku zastosowań opartych na czujnikach związanych z segmentami inteligentnych domów (Smart Home) oraz transportu, logistyki i ruchu drogowego – w przyszłości towary o znaczeniu krytycznym będą automatycznie zgłaszać centrum logistycznemu każdą nietypową zmianę stanu.

Czujniki MEMS – informacje techniczne
Czujniki MEMS są zbudowane z bardzo drobnych krzemowych struktur, które przy ruchu obudowy przemieszczają się o ułamki tysięcznych milimetra. Przemieszczenie takie powoduje zmianę właściwości elektrycznych, które można zmierzyć i przekształcić w strumień danych. Czujniki mają mikroskopijne wymiary: ludzki włos ma średnicę 70 tysięcznych milimetra (70 mikrometrów), natomiast niektóre komponenty mierzą zaledwie 4 mikrometry – czyli są o 17 razy mniejsze od średnicy włosa. Ponieważ czujniki mikromechaniczne generują bardzo słabe sygnały elektryczne, konstruktorzy, oprócz czujnika zintegrowali w obudowie lub częściowo bezpośrednio na tym samym chipie układ elektroniczny, który przetwarza sygnał, wzmacnia go i przekształca w dane cyfrowe. W ten sposób czujniki MEMS mogą dostarczać dane pomiarowe bezpośrednio dosterowników.