微機電系統(MEMS)將實現更多意想不到的創新應用。例如利用加速度計偵測可能發生的碰撞用、壓力計追蹤人在摩天大樓中的高度、在三度空間中以視覺化方式任意操作資料，或是戴著能夠顯示周遭豐富資訊的眼鏡，這些以往只有在電影裡才會見到的炫目應用未來都將實現於日常生活當中。
MEMS與固態感應器是上述新應用得以實現的關鍵元件，這些產品提供的介面，能感應、處理，甚至控制周遭的環境，且借力電子零組件微縮的技術，目前已有部分半導體業者的高階感測器元件，已進展到可將數種類型的感應器整合在單一封裝當中，可滿足消費性電子市場應用需求。
消費性電子添動能 感應器市場商機熾熱
消費性電子產品是促使感測器出貨成長大幅提升的關鍵動能，其中又以行動裝置和電視遊樂器的應用居首。尤其是手機製造商為創造產品差異化，對於感測器元件的需求更是強烈，且作業系統如何高度整合MEMS元件，亦成為關乎感測效能的關鍵。目前Android作業系統並不須要將感應器整合至底層結構，但是Windows 8則要求須整合至底層結構。然而，為緊密結合感測應用，預估Android很有可能在推出下一版時納入感應器整合功能，並再加上若干Windows 8還不支援的感應器技術，兩個作業系統對於感測器的軟硬體要求，亦促使此一市場商機更加活絡。
事實上，感應器製造業者也關注到未來的感測器勢必朝多功能整合的方向前進。因此新型的感應器核心，可將多種感應器輸出數據進行整合，以便計算出更精確、更有用的資訊，這是現今單一感測器難以實現的創新功能。高整合度感測器不論是在技術還是獲利方面亦都有十足的潛力，它讓人們得以透過嶄新的方式感受這個世界，使生活與娛樂更加豐富。
實現智慧感測功能 MEMS邁向整合之路
現在的智慧型手機及平板電腦通常都包含一組可測量線性加速的加速度計、可感應地磁磁場的磁力計、可感測旋轉速度的陀螺儀與感應大氣壓力的壓力計等元件；而MEMS業界正朝向將這些元件高度整合的目標前進(圖1)。
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| 圖1 高整合度感測器架構圖 |
在行動裝置方面，蘋果(Apple)iPhone和iPod Touch更是大量運用加速度計，藉以提供一些基本功能，像是根據裝置的角度將觀看位置從垂直轉為水平之類；任天堂的Wii和其他相仿的系統則讓玩家以全身動作與遊戲機中的加速度計互動。日後的感應器本身甚至會擁有充足的智慧，當人們觸碰或晃動裝置時，裝置就會做出反應，進而喚醒中央處理器(CPU)以執行命令。至於原本的手勢辨識則會演變更為複雜，電腦也因此能夠判斷人體的自然動作，做為人機互動的新管道。舉例來說，如果使用者把平板電腦貼近臉前，再移遠一些，就可以直接拉遠地圖或相片，反之移近時畫面就會放大。
另一方面，軟體創意則是感應器整合的關鍵之一。以磁力計為例，它能測出四周的地磁磁場，以便提供地圖定位或導航功能，但是手機及其他行動裝置內如喇叭和用來保護的鐵質材料等其他具備強力磁性材質的零件，亦容易影響定位精準度，因此工程師須透過軟體演算法之類的外部效應，進一步修正裝置磁力參數，以提升磁力計精度。
另一個例子則是牽涉到行動裝置裡的壓力計。如果使用者身處一棟摩天高樓之中，可能會想要在搭乘電梯時知道自己的狀態，這時手機內若內建壓力計就可以偵測大氣壓讀數隨時間的變化，並換算為高度。然而，移動的鋒面或是空調的開關，都可能影響此一氣壓數字，因此開發人員同樣須要建構一套夠聰明的軟體演算法，讓感應器可以聰明判斷環境的真實變化。
實現多元資訊服務 互動式感測應用正夯
當感測器的整合性獲得改善後，這時感測器本身即具備依據周遭環境執行決策的能力。智慧型感應功能不僅僅是將訊號加以轉換的感應器而已，它還能直接介入更高階的抽象智慧層級作業。對於行動裝置而言，智慧型感測代表該裝置不但知道使用者身在何處，甚至還可藉由周遭人事物的資訊，判斷使用者在何人何物附近。例如，店家可在顧客的手機靠近店面時，提供優惠或其他交易訊息的商機。在未來，這種互動方式會變得更加豐富，透過高整合度的智慧型感測器，用戶的行動裝置不但可知道位置，還可得知周遭的資訊，進而主動提供特定服務。
當電子郵件程式Eudora推出「郵件情緒監視器」功能時曾轟動一時；該程式會掃描郵件內的文字，找出富於侵略性的語句，並提醒撰文者可能寫出導致日後懊悔不已的字眼。感測器則將這種情緒感測功能提升至更高的境地。例如，在第一人稱視角的電玩遊戲裡，身體感測器會偵知玩家是否在流汗或是緊握著搖桿，這類資料會被傳給遊戲本身，轉換為畫面上滴落的模擬汗水，並做出視線模糊的效果；或是讓遊戲中手持的武器因緊握而抖動，就像玩家真的手持武器一般。
事實上，情緒感應技術的潛能並不僅限於遊戲，甚至可以運用在醫療技術上，做為監控各種狀況的感應器，可將從情緒感應器獲知的資訊與自身資料結合，以便偵測是否有緊急事故，並即時告知醫療人員。
導入高效能MCU 高整合度MEMS元件更省電
未來智慧應用將會從應用處理器直接移轉到感測器。由於以往大多數的感測器都屬於被動性元件，在採用被動性元件製作的系統裡，CPU須經常向感應器查詢，並且處理獲得的數據，這種系統通常需要大量的CPU支援，而電力的消耗可想而知是相當大。
目前新式的感應平台會導入一個32位元的微控制器(MCU)，構成感測器元件的一部分，亦即僅需智慧型感應器本身就可控制多種應用。如此一來，設備製造商便可省下成本，甚至可省下對於額外MCU的需求，讓兩個元件相結合，也可使得資料取樣率大為提升。一般的被動式數位感測器大約可以跑到500Hz的速度，但因為智慧型感測器自己就有能力處理測量到的訊號，再將高階的資訊/低頻寬的內容傳到上一層的控制器，因此它的速度會比傳統元件快上數倍之多。
智慧型感測平台通常採用I2C與串列周邊介面(SPI)整合其他元件，以便與整個系統運作緊密結合，也可由工程師自行設定，因此設計彈性較高。這樣一來便有助於將感測器運用在如玩具之類的大規模低價應用市場上，透過小型的獨立嵌入式系統便可輕鬆製造。
此外，能源效益則是行動裝置最在意的重點。由於感應器與行動裝置的關係日益密切，感測器應當具備毋須喚醒應用處理器就能自行處理大多數作業的能力，這時可以改為啟動耗費功率有限的小型感測處理器，讓行動裝置更為節省電力。以步數計應用為例，感應器必須經常保持開啟以追蹤步數，但應用處理器卻僅須偶爾啟動，與只以應用處理器來執行演算的解決方案相比，智慧型感測器的分散式處理法可以省下超過90%的電力，尤其是必須經常開啟的家用醫療裝置，對於電源功耗的要求勢必更加嚴苛，因此正可突顯出結合MCU的智慧型感測器優勢。
總結而言，感測器經過軟硬體整合的改良，再加上成本結構遠較以往為低，不但效能更加優異，且過去天馬行空的應用現今皆已成為真實；其中，分散式處理演算法、良好的功率管理以及多種感測器整合等先進技術更是推升此一元件應用擴大的關鍵，未來人們感受四周一切事物的方式亦會開始截然不同。
(本文作者任職於飛思卡爾)