MEMS電子鼻讓手機也擁有嗅覺

MEMS電子鼻讓手機也擁有嗅覺

微機電系統(MEMS)的下一步目標在於縮小可用於分析氣味的電子儀器，如質譜儀以及幾乎能嗅出任何物質的電子鼻。透過Honeywell公司開發出的首款微型 MEMS 真空泵，其尺寸小到足以塞進一支手機中，可望讓下一代智慧型手機等行動裝置也能擁有「嗅覺」。

Honeywell最初開發這款微型 MEMS 真空泵主要針對軍用的微型無人偵察機，使其得以用於偵測化學與生物製劑。如今，這款僅1美分錢幣大小的MEMS感測器正著眼於擴展應用領域至工業、醫療與消費市場。

「我們已經開發出世界上最小的真空泵，這是一款能實現電子分析儀新型態的獨特技術，」Honeywell公司ACS Labs業務單位首席研究科學家Wei Yang指出，「近年來有很多人都試圖縮小電子分析儀，但這種真空泵是最近的一項突破。先前最小的模型約為磚塊大小，功耗為100W，如今，我們開發出的這款真空泵只有1美分硬幣大小，功耗還不到1W。」

這款元件原先是依據與美國DARPA的合約而開發的，主要安裝於微型無人機上明。如今，Honeywell期望使該元件商用化，讓這款微型真空泵可應用在各種行動裝置上──從能夠確定任何物質組成的質譜儀，到可提供超精確導航服務的原子鐘──讓手機與行動裝置在擁有聽覺(語音)、視覺(視訊)與觸覺(觸控)以外，現在還有了嗅覺。

Wei Yang強調，「最讓我們感到興奮之處在於它也能內建於智慧型手機中，讓手機能真的擁有嗅覺，可以聞出有毒化學品、花粉與一般空氣品質等任何物質與氣味。它還能為用戶持續累積暴露記錄，提醒用戶暴露於某個環境的時間與地點。」

由於目前的感測器主要依據化學反應，使其受限於特定的幾種毒素偵測。事實上，針對每一種化學物質都必須採用不同的感測器來偵測，使其僅適用於特定目的(如一氧化碳或煙霧偵測器)，而無法作為一種通用的嗅探器。然而，可內建於手機中的這種質譜儀能夠偵測樣本中的元素、各種儲存於資料庫中已知毒物的化學特性，以及同步搜尋比對最可能組合。

DARPA以及其他單位過去也曾經試圖縮小質譜儀等電子分析儀。遺憾的是，這些晶片級的儀器僅在真空狀態下才能有效隔離與分析樣本。因此，Honeywell藉由縮小真空泵的方式，可說是突破了最後一道障礙，並為能嗅出幾乎任何化學物質的手持式嗅探器應用開啟了大門。

Wei Yang預期「在未來的十年，這一創新將為手持式行動裝置迎來各種先進複雜的電子分析儀。」

Honeywell得以成功實現這款號稱全球最小真空泵的關鍵是在1公分大小的磁盤上製造出10萬個微小渦輪葉片。Honeywell已經擁有可開發出微米級渦輪葉片的MEMS技術，還能在與其MEMS設備相同的設備上進行製造。每一個8 吋晶圓上大約可製造出幾百個搭載這種渦輪葉片的磁盤。

「我們的MEMS真空泵延續Honeywell在MEMS技術上的長期發展經驗。事實上，我們在製造這款真空泵時，採用的就是我們生產MEMS陀螺儀與流量感測器所用的相同光學微影製程與相同設備，」Wei Yang表示。

每個真空泵中包含兩個磁盤──一個固定磁盤以及一個旋轉磁盤，其上覆以10微米大小、類似渦輪的葉片。每一組葉片彼此相對，從而形成強大的吸附效果，以便在小型樣本導入測試前先行清空測試腔。

DARPA已經將Honeywell的真空泵安裝在微型無人機的行動分析儀了。Honeywell目前正致力於擴大其感測器網路，並提供內建手持單元的首款轉發器。不過，據Wei Yang表示，最大的好處就是整合於智慧型手機等消費行動設備中。

「當每個人的手機中都安裝了這種元件，可望實現追蹤一切物質化學組成的未來──從空氣品質到疾病控制，甚至化學藥品。同時還能即時動態追蹤任何化學物種，並在地圖上觀察其即時移動情形。」