スマート社会のための MEMS センサー 田中秀治東北大学工学研究科ロボティクス専攻マイクロシステム融合研究開発センター 1 mems tohoku

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スマートフォンのシェイクを検知する MEMS 加速度センサー Bosch Sensortec LINE 教育コミュニケーションときどき http://r-lab.seesaa.net/article/308412686.html

スマートフォンの中の MEMS とセンサー iphone 5, 日経エレクトロニクス 2013.10.28 21. 電子コンパス 1. アプリケーションプロセッサー 4, 12. 無線デバイス FBARフィルター 3. ベースバンドプロセッサー マイクロフォン 23. ジャイロ 22. 加速度センサー 3 18, 19. タッチパネル IC 24. フラッシュメモリ 16, 17. オーディオ IC 電源 IC

集積化 パッケージング技術による MEMS の小形化 4 Yole Development 2013, 2014 mcube 1 mm 1 mm (2015) Bosch accelerometer (2014) 1.8 mm 2, 0.8 mm t Cu TSV of AR10 in ASIC

東北大学の集積化 MEMS プラットフォーム 鈴木裕輝夫他, 第 33 回 センサ マイクロマシンと応用システム シンポジウム (2016) 日経テクノロジーオンライン, トヨタと東北大が新技術, ロボットセンサーと IC を安く積層 (2016.11.2) 他人の LSI をレーザー消去 金属接合 自分の LSI 他人の LSI をレーザー消去 MEMS センサー TSV ASIC レーザー消去部分 300 μm 5

iphone Touch ID, GetNaviweb スマートフォンはもはや単なるスマートフォンではなく, IoT プラットフォームである

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指紋偽装 スマートフォンの指紋センサーは騙せる James Bond 007 Diamonds Are Forever (1971)

デジタルカメラ画像から指紋情報を取得可能 9 国立情報学研究所の越前功教授の実験 ( ロイター )

集積化 MEMS 超音波指紋センサ Prof. D. A. Horsley (UC Davis), Prof. B. E. Boser (UD Berkeley), InvenSense, Inc. FBI standard 500 dpi 以上の解像度 真皮下の構造も画像化 湿気や汚れに対する堅牢性 AlN 圧電薄膜 Pixel size 43 58 μm 2 56 110 pixels 582 431 dpi 10 D. A. Horsley 教授特別セミナー 2017 年 4 月 28 日, 東北大学, 詳細は田中研 HP

MEMS マイクロフォン エレクトレットコンデンサーマイクロフォン 1 個 MEMS マイクロフォン 2 個 MEMS マイクロフォン 3 個 MEMS MIC 4 個 iphone iphone3g iphone3gs iphone4 iphone4s iphone5 iphone5s iphone6 iphone6s Figure: Apple 64-66 db Outgoing clear sound signal SNR 59 db 62-63 db 11 Ambient noise Noise canceller MIC MIC Figure: TDK-EPCOS Voice Knowles 複数のマイクロフォンでノイズキャンセリング

MEMS マイクロフォン ボンドパッド 静電隙間固定電極バックプレート ボンドパッド 4 µm Φ560 µm ダイヤフラム (1 µm 厚 poly Si) シリコン基板 図出典日経マイクロデバイス,2006.2 12 P. V. Loeppert, Hilton Head Island Workshop 2006 エレクトレットコンデンサーマイクロフォン MEMS マイクロフォン

MEMS マイクロフォンの SN 比向上 Sound pressure level (SPL) (db) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 SN 比は 94 db SPL = 1 Pa を基準にしたときの検出可能な最小音圧レベル (SPL) 55 db 58 db 62 db 65 db これからは 70 db 以上の SN 比が必要 研究ターゲット 高感度 低ノイズ 小形 Pepper (Softbank) SN 比 Siri (Apple) 13 Jerad Lewis, Paul Schreier (Analog Devices), EETimes, 2012.11.28 マイクロフォンの大きさ (mm 3 )

音声認識によるユーザーインターフェース http://www.theconnectedplanet.net/amazon-echo-tear-down/ 人工知能 Alexa を搭載 7 個の MEMS マイクロフォン ( 緑丸 ) 14 http://www.techrepublic.com/article/amazon-echo-teardown-a-smart-speaker-powered-by-amazons-cloud/

音声アシスタント AI ~ 次の IoT プラットフォームに Google Home 対話型 AI Google Assistant を搭載 LINE WAVE クラウド AI プラットフォーム Clova を搭載 15

バーチャルリアリティ ~ 位置トラッキングができたら 16 The VOID:VR ヘッドセット グローブ ベストを身に付けて, 約 330 m 2 10 室のステージ内を実際に歩いて体験する VR テーマパーク (Utah に開業予定 )

位置トラッキングできる VR ヘッドセット (HTC Vive) 位置トラッキングによって 5 畳の範囲なら動き回れる 赤外線ベースステーション ヘッドセット中の赤外線センサ 17 HTC Vive teardown by ifixit

MEMS マイクロミラーを用いた高速位置トラッキング Mirrorcle Technologies, Inc. (Adriatic Research Institute スピンアウト ) Retroreflector Laser 100 m 離れても可能 Micromirror PD 18

MEMS マイクロミラーのセンサー応用 LIDER レーザーレンジファインダー (Laser Imaging Detection & Ranging) カテーテル用 OCT MEMS scanner Sample IR laser GRIN lens Optical fiber T. Naono (Fuji Film) S. Tanaka, J. Micromech. Microeng., 24 (2014) 015010 d 31 > 250 pm/v 19 距離画像 電磁式 2 軸マイクロミラー ( リコー, トヨタ自動車 ) I. Aoyagi (Toyota CRDL) S. Tanaka et al., Optical MEMS 2011 Mirror Folded Si beams Fixed base Nb-doped PZT actuator

Mental commit robot PARO http://www.paro.jp/ ROBEAR ( 理化学研究所 ) 映画 アンドリュー NDR114 BICENTENNIAL MAN

バスネットワーク型集積化触覚センサー MEMS-LSI 集積化による超小形化 バス通信による省配線多数個接続 人間の触覚を模したイベントドリブン 東北大学, トヨタ自動車, 豊田中央研究所 センサー 中継節 ハブ バス 21 バス 触覚センサー 本日, プレスリリース 2017 年 3 月 13 日 μsic シンポジウム ( 仙台 ) でデモ展示

ここにジャイロ 自動運転車 ( 日産自動車 ) アシモ ( 本田技研工業 ) 自動運転車 (Uber)

学生実験 :MEMS 慣性センサーを用いた位置計測 加速度センサーとジャイロが搭載された台車 23

学生実験 :MEMS 慣性センサーを用いた位置計測 加速度センサーとジャイロが搭載された台車 24

ジャイロスコープの性能 バイアス安定性 1000 100 10 1.0 0.1 0.01 0.001 (deg./h) 10 1 0.1 0.01 (deg./s) ジャイロスコープの種類 Vibratory gyroscope MEMS gyroscope ESG: Electrically-suspended gyroscope HRG: Hemispherical resonator gyroscope HRG Rotational gyroscope Dry tuned gyroscope ESG Optical gyroscope Fiber optical gyroscope Ring laser gyroscope 用途 Camera Smart phone Car safety system Robot Airplane Ship Autonomous car Submarine 25 DTG,FOG,RLG の図 : 多摩川精機 HRG の図 :Northrop Grumman

高性能 MEMS ジャイロスコープ T. Tsukamoto, S. Tanaka, IEEE MEMS 2017 原理については, チップ上にフーコー振子, 日経テクノロジーオンライン 新方式 MEMS ジャイロ : 角度誤差なし ( が真値 ) 既存の MEMS ジャイロ : 数十秒もすれば, 大きな角度誤差 ( 赤破線 ) 10 Angle (º) 5 0 26 http://photozou.jp/photo/show/181646/64768929 この中に フーコー振子 小さな振子が本当にぶら下がっているわけではありません -5 0 10 20 30 40 Time (s)

SLAM(Simultaneous Localization And Mapping):LIDAR と慣性センサーで実現 Cartographer (Google), https://www.youtube.com/watch?v=dm0dphlhtx0

まとめ 身の回りの様々なところに MEMS あり スマートフォン, 自動車, 家電, ゲーム機, 医療機器 既に年間 100 億個以上の MEMS が消費される 今後,10 倍になるという予想も IoT, 情報セキュリティ,VR, 音声認識, 自動運転, ロボットなどにも MEMS MEMS は Society 5.0 のためのキーデバイス 28 mems tohoku

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