ATP Journal 8/2013

MEMS – miniatúrne
elektromechanické systémy (3)
Aplikácie
Tretia časť seriálu o MEMS snímačoch sa venuje ich aplikáciám.
Spomenuté sú rôzne oblasti ich využitia, od spotrebiteľskej elektroniky
až po vedecké projekty. Ako sa povedalo v prvej časti seriálu,
najpoužívanejšie snímače MEMS sú akcelerometre, gyroskopy
a magnetometre. Tie možno využiť na sledovanie pohybových aktivít
a udalostí v rôznych oblastiach.
Herná konzola Nintendo Wii (Wiimote) používa akcelerometre
MEMS na realistické ovládanie hry. Ovládač Wiimote však možno
využiť aj v domácej rehabilitácii s využitím motivačných hier hraných
pacientom [3]. Firma Sony má tiež vlastnú verziu diaľkového
ovládania pre svoju hernú konzolu PS3 (obr. 4).
Spotrebiteľská elektronika
V spotrebiteľskej elektronike majú snímače MEMS široké zastúpenie.
Predovšetkým sa využívajú v mobilných telefónoch, herných
konzolách, pedometroch, ale napr. aj v kamerách a fotoaparátoch,
ako znázorňuje graf na obr. 1. Obrovské možnosti využitia snímačov
MEMS sú najmä v smartfónoch a tabletoch, kde môžu byť údaje
namerané napr. akcelerometrom využité v rôznych aplikáciách
(počítanie krokov, otáčanie obrazovky, ovládanie hier a pod.).
Obr. 1 Pomer aplikácií snímačov MeMS v spotrebiteľskej elektronike [1]
Okrem monitorovania pohybu s využitím akcelerometrov a gyroskopov,
prípadne elektronických kompasov, v spotrebiteľskej elektronike
sú často zastúpené mikrofóny MEMS (obr. 2 a 3).
Obr. 2 MeMS v mobilných zariadeniach, A [1]
Obr. 3 MeMS v mobilných zariadeniach, b [2]
Obr. 4 diaľkový ovládač k Sony PS3
navigácia
Spoločnosť NORTHROP GRUMMAN ponúka inerciálnu navigáciu
LN-200, ktorá využíva akcelerometre a gyroskopy MEMS.
Spoločnosť síce neudáva, aké konkrétne snímače využíva v tejto
aplikácii, uvádza však ich technické parametre, ako je stabilita
odchýlky, uhlová odchýlka a pod. Verzia navigácie LN-200S IMU
je dokonca určená pre vesmírne aplikácie a využíva ju napr. Mars
Rover Curiosity [4]. Treba však dodať, že s najväčšou pravdepodobnosťou
ide o špeciálne snímače, ktoré nie sú voľne dostupné
na trhu a ich cena je rádovo oveľa vyššia. Pridaním zariadenia INS
(inertial navigation system) k navigačnému systému GPS spozorujeme
výrazné zlepšenie. Presnosť sa pohybuje v rozmedzí jedného
metra, záleží na použitom zariadení INS. V tejto konfigurácii INS
poskytuje krátkodobú presnosť, kým GPS poskytuje dlhotrvajúcu
stabilitu – ich kombinácia vytvára vhodný systém na navigáciu.
Výstup z oboch systémov je porovnávaný a vhodne filtrovaný [5].
nositeľné snímače
Počas uplynulej dekády si nositeľné snímače a technológie získali
záujem zo strany výskumníkov a zdravotníkov. Motivácia pre vývoj a
výskum nositeľných snímačov je predovšetkým v obrovských možnostiach
dlhodobého monitorovania jednotlivcov v domácom alebo
spoločenskom prostredí [6]. Takéto monitorovanie sa má vykonávať
s cieľom poskytovania zdravotnej starostlivosti na diaľku (telemedicína).
Všeobecná štruktúra nositeľného senzorického systému má
tri hlavné zložky [7]:
a) hardvér na snímanie a zber dát,
b) komunikačný hardvér a softvér,
c) techniky na analýzu dát.
Snímače MEMS teda patria v tejto štruktúre do skupiny „hardvér
na snímanie a zber dát“. Na trhu sú dostupné rôzne riešenia, veľké
množstvo z nich je zamerané na monitorovanie pohybových aktivít.
V takýchto nositeľných snímačoch sa teda využívajú predovšetkým
akcelerometre, často v kombinácii s gyroskopmi a magnetometrami.
Firma Xsens ponúka rôzne nástroje na monitorovanie pohybových
aktivít a analýzu pohybu, napr. MTw Development Kit. Produkt
MVN Motion Capture pozostáva zo setu inerciálnych senzorov pripnutých
k telu s využitím pružného obleku. Výhodou MVN je to,
že nie sú potrebné kamery na zaznamenávanie pohybu. To otvára
možnosti využitia tohto zariadenia nielen v interiéri, ale aj v exteriéri
[8]. Tento monitorovací systém bol využitý napr. pri natáčaní
komédie TED [9].
Zaujímavou aplikáciou nositeľných snímačov je aj cyklistická helma
so zabudovaným snímačom tepu a akcelerometrom. Helma komunikuje
so smartfónom vybaveným rozhraním Bluetooth 4.0 Low
Energy. Po detekcii pádu a splnení určitých kritérií (napr. žiaden
nameraný tep určitý čas od detekcie pádu) je smartfón vybavený
48 8/2013 Snímače