據麥姆斯咨詢介紹，美國賓漢姆頓大學（Binghamton University）和東北大學（Northeastern University）的研究人員找到了一種新方法來改進智能手機、智能手表以及生物醫學等各種設備中使用的微型傳感器。
這項研究成果已經發表于Small期刊，該研究展示了一種更好的MEMS設計。MEMS是一種包含運動部件的微型器件，通常以與電子元器件相同的方式制造。MEMS技術已被廣泛用于加速度計、陀螺儀、壓力和振動傳感器等各種日常器件。
賓漢姆頓大學機械工程系的Shahrzad Towfighian教授是這項研究的通訊作者。
過去幾年里，Towfighian設計了一種利用摩擦電的尺寸僅1平方毫米的MEMS器件。該器件通過兩個微表面之間的摩擦收集能量，并在受到沖擊時產生信號。研究人員進一步提高了這些器件的性能，使其具有更好的靈敏度和魯棒性。
對于目前的研究，Towfighian表示：“我們制作了一款MEMS加速度計，它最初的設計是平面的，側面有四個蛇形彈簧。你可以把它想象成一個底座和其上一個可以移動的懸浮板，它們中的一個會相對于另一個產生相對運動。頂部的懸浮板也會撞擊底座，由于這種接觸和分離，摩擦力會轉化為表面上的電荷，由此，我們可以使這種MEMS加速度計實現自供電。”
然而，他們利用康奈爾大學納米工廠（NanoScale Facility）先進微制造技術制造的一批MEMS器件出現了問題。原本設計的微表面制造出來以后不再是平坦的，而是圓頂狀的，還有兩個彈簧出現了斷裂。Towfighian和她的團隊差點就把它們扔進了垃圾桶，不過，最后他們還是決定在MEMS和能量采集實驗室的振動臺上進行測試。
結果表明，圓頂狀結構在接觸分離后，提供了相比標準設計大一個數量級的位移，進而使輸出電壓和信噪比高了一個數量級。所提出的對隔膜邊緣的約束，在周期性運動期間提供摩擦并產生電荷。翹曲隔膜和邊緣約束的組合（而非蛇形彈簧），增加了電荷密度和電壓生成。
“我們發現這些器件的彈性恢復力實際上更好了。”她說，“它們可以抵抗高達70g（地球正常重力的70倍）的加速度，且沒有任何破損跡象，而且它們給出了更大的輸出電壓。由于信噪比更高，加速度計更靈敏，檢測性能更好了。”
Towfighian為這種改進的MEMS器件設想了應用，比如安全氣囊展開裝置或其他極端環境。然而，首先，她和她的團隊需要開發一種更可控的制造方法，使器件能夠以預想的均勻彎曲結構呈現，而不是隨機出現。
她說：“我們將基于這種圓頂形狀設計所有的后續MEMS器件，這種圓頂形狀為我們提供了更大的運動范圍和彈性，從而可以制造出更堅固的MEMS器件。”
延伸閱讀：
《博世MEMS慣性測量單元（IMU）SMI240產品分析》
《村田MEMS慣性測量單元（IMU）SCHA634產品分析》
《消費類MEMS慣性測量單元（IMU）產品對比分析-2022版》
