Rynek MEMS - dobre prognozy

Większa adaptacja tej technologii czeka przemysł, medycynę oraz lotnictwo, jednak największe nadzieje pokładane są w motoryzacji oraz elektronice osobistej.

Rys. 1. Rynek MEMS przeznaczonych dla rynku motoryzacyjnego (Źródło: WTC, 2007).

Układy MEMS w motoryzacji to głównie pomiar ciśnienia oraz przyspieszenia. Przewiduje się, iż oba te segmenty w najbliższych latach będą cieszyć się wysokim wzrostem. Według analizy WTC, w 2006 roku przemysł motoryzacyjny stanowił 22% całkowitego rynku MEMS, ustępując tylko segmentowi IT. W przedziale od 2006 do 2010 roku średnia roczna stopa wzrostu wartości tego rynku będzie wynosiła ok. 9%. Największa część tego rynku, który w 2010 roku może osiągnąć wartość 2,1 mld dolarów, przypadnie w udziale czujnikom ciśnienia, przyspieszenia oraz żyroskopom. Czwartym co do wielkości segmentem będą czujniki przepływu. Według analizy Yole Development, aplikacje samochodowe stanowią ok. 80% całkowitego rynku czujników przyspieszenia MEMS oraz 70% rynku żyroskopów MEMS. Analitycy są jednak zgodni, iż dopiero obniżenie ceny tych elementów będzie stanowić o ich wejściu do powszechnego użycia. Szacuje się, iż spadek ceny o 5% w skali roku będzie zadowalający, jednak w przypadku niektórych rozwiązań może to być nawet 10%. Szansą na znaczne zyski dla producentów są także nowe możliwości oferowane przez MEMS, jak kontrola jakości powietrza oraz HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning) czy inteligentne opony.

Czujniki ciśnienia

Rys. 2. Obroty na rynku czujników przyspieszenia MEMS przeznaczonych do poduszek powietrznych oraz liczba dostarczonych elementów (Źródło: Frost&Sullivan).

Jednym z ważniejszych wydarzeń, mogących się przyczynić do większej popularyzacji sensorów MEMS w motoryzacji, są zmiany w prawie stopniowo nakładające wymagania montowania w każdym samochodzie czujnika ciśnienia powietrza w oponach. Sensor ma za zadanie ostrzec kierowcę o wadliwym ciśnieniu w czasie do 20 minut od wykrycia nieprawidłowości. System ten będzie obowiązkowo montowany we wszystkich nowych samochodach w USA, od osobowych po ciężarowe, w 2008 roku. Także Unia Europejska pracuje nad podobnym rozporządzeniem. Obowiązkowy czujnik ciśnienia w kole prawdopodobnie będzie standardowym wyposażeniem samochodów poruszających się po europejskich drogach w ciągu od 2 do 3 lat. Łącznie, rynek ten może osiągnąć wartość 526,7 mln dolarów w 2012 roku, co oznacza wzrost w skali roku na poziomie 30,7%.

Opony to nie jedyna część samochodu, gdzie czujniki tego typu okażą się przydatne. Innym zastosowaniem jest m.in. kontrola pracy silnika, pomiar ciśnienia płynu hamulcowego czy system recyrkulacji spalin. W tym przypadku także na korzyść producentów MEMS działają europejskie normy emisji spalin dla pojazdów użytkowych. Przepisy te wymuszają na producentach samochodów stosowanie rozwiązań ograniczających emisję szkodliwych gazów, przez co mogą przyczynić się do większego zapotrzebowania na ciśnieniomierze MEMS montowane w samochodach. Jak przewidują prognozy Frost&Sullivan, ten segment rynku wygeneruje obroty na poziomie ponad 700 mln dolarów w 2012 roku.

Sensory inercyjne

Rys. 3. Rynek czujników przyspieszenia MEMS dla komputerów przenośnych w latach 2002-2012 oraz liczba dostarczonych elementów (Źródło: Frost&Sullivan).

Czujniki przyspieszenia oraz żyroskopy także stanowią obiecujący rynek. Znajdują one zastosowanie głównie w poduszkach powietrznych, systemach elektronicznej stabilizacji toru jazdy, nawigacji, systemach bezpieczeństwa czy aktywnym zawieszeniu. Dodatkowo, żyroskopy MEMS wykorzystywane są także w systemach nawigacji GPS. Zainteresowanie producentów tymi układami wzrasta wraz z ich malejącymi cenami. O ile pierwsze żyroskopy MEMS kosztowały ok. 20 dolarów, to obecnie na rynku dostępne są modele w cenie 1 dolara za oś pracy.

Duże nadzieje wiąże się z systemami stabilizacji toru jazdy (ECS). W układach tych wykorzystuje się żyroskop, akcelerometr oraz czujnik stopnia odchylenia kierownicy. Jeśli zostanie wykryta różnica pomiędzy zamiarem kierowcy a rzeczywistym torem jazdy samochodu, system interweniuje w celu przywrócenia człowiekowi pełnej kontroli nad pojazdem. Według analityków, są duże szansę, iż w 2010 roku system ten będzie montowany w niemalże wszystkich nowo wyprodukowanych samochodach. Europa stanowi obecnie najprężniejszy rynek tego typu systemów. ECS staje się standardem w samochodach sprzedawanych w Niemczech, Szwecji oraz Francji. Kwestią czasu jest dołączenie do tego grona pozostałych krajów europejskich, jako iż producenci pod presją wymagań konsumentów oraz konkurencji, instalują tego typu zabezpieczenia w coraz większej liczbie nowo produkowanych modeli.

Motorem napędowym dla amerykańskiego rynku jest dyrektywa National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA), zachęcająca producentów samochodów do umieszczanie systemów ECS w produkowanych przez nich modelach. Przewiduje się, iż w przyszłości będzie to obowiązkowe wyposażenie. Według analizy Frost & Sullivan, globalny rynek ECS uzyska w 2012 roku wartość 34 milionów dolarów, jednak możliwe jest osiągniecie tej sumy jeszcze przed tą datą, jeśli odpowiednie przepisy prawne zostaną przyjęte wcześniej.

Potencjalnym zastosowaniem żyroskopów MEMS mogą być systemy GPS. Użycie czujników inercyjnych wykorzystujących tą technologię pozwoli na śledzenie pozycji pojazdu podczas utraty sygnału z satelity. Przyczyni się także do znacznego zwiększenia dokładności pozycjonowania odbiornika. Dotychczas elementy tego typu montowane były w najdroższych rozwiązaniach, przeznaczonych głównie dla wojska oraz lotnictwa. Obecnie jednak do sprzedaży trafiły układy charakteryzujące się ceną nawet dziesięciokrotnie niższą niż czujniki stosowane do tej pory. Malejący koszt tych elementów może się przyczynić do większej liczby odbiorników GPS wyposażonych w to rozwiązanie. Jest to widoczne na przykładzie Japonii. Jednym z powodów wzrostu zainteresowania GPS w tym kraju było instalowanie przez wiodących producentów w odbiornikach systemów opartych na MEMS, co znacznie zwiększyło precyzje urządzenia, a przez to komfort użytkowania.

MEMS w elektronice konsumenckiej

Elektronika konsumencka, w przeciwieństwie do motoryzacji, jest dopiero rozwijającym się obszarem zastosowań układów MEMS. Impulsem do rozwoju tego rynku jest ciągły spadek cen tych elementów. Oferują one często nieosiągalne wcześniej możliwości, przy zachowaniu niewielkich rozmiarów i wagi oraz małym poborze prądu. Układy MEMS najczęściej spotykane w urządzeniach elektroniki osobistej to akcelerometry, żyroskopy, mikrofony oraz rezonatory. Producenci MEMS muszą jednak pamiętać, iż firmy typu OEM często oczekują nie tylko dostarczenia samego czujnika, ale także kompletnego opracowania implementacji nowej funkcji.

Jednym z ciekawszych zastosowań elementów MEMS są akcelerometry montowane w dyskach komputerów przenośnych. Ma to na celu zapobiegnięcie utracie danych przy upadku urządzenia. Jeśli akcelerometr wykryje, że komputer spada, wysyła odpowiedni sygnał powodujący ustawienie głowicy w bezpiecznym położeniu. Obecnie zabezpieczenie to znajduje się w droższych modelach komputerów wiodących firm, jak IBM, Toshiba, oraz Apple. Rozwój tej technologii ma szanse sprawić, iż stanie się ono standardem. Związane jest to m.in. z coraz większymi wymaganiami, co do pojemności dysków w komputerach przenośnych, i wiążącą się z tym potrzebą opracowania wydajnych systemów zabezpieczeń danych. Jak wynika z analizy przeprowadzonej przez firmę Frost&Sullivan, segment ten może wygenerować obroty na poziomie 202,3 mln dolarów w roku 2012. Aby to było jednak możliwe, konieczne jest obniżenie ceny akcelerometrów MEMS, większe zróżnicowanie produktów ze strony producentów komputerów oraz większa świadomość użytkowników, co do potrzeby tego typu zabezpieczeń.

Telefonia komórkowa

Rynkiem, z którym związane są duże nadzieje, jest telefonia komórkowa. Ma to związek z rosnącą funkcjonalnością tych urządzeń. Wymagania użytkowników względem kolejnych generacji telefonów komórkowych stale rosną. Obecnie nie służą już one tylko do rozmów, ale także odtwarzania muzyki, robienia zdjęć czy grania. Producenci, zmuszeni przez konkurencje oraz wymagania użytkowników do instalowania w swoich produktach jak największej liczby funkcji przy zachowaniu niewielkich rozmiarów oraz wagi, z zainteresowaniem spoglądają na możliwości oferowane przez MEMS. Akcelerometry znajdują zastosowanie przy stabilizacji obrazu podczas robienia zdjęć lub detekcji upadku. Elementy te stwarzają także nowe możliwości sterowania aparatem za pomocą ruchów dłoni, dzięki czemu zmieni się sposób nawigacji po menu, przewijania tekstu, kontroli gier czy wybierania numeru. Użycie układów MEMS może się także przełożyć na zmniejszenie energii pobieranej przez telefon. Możliwe jest to dzięki rozwojowi technik służących do wykrywania ruchu dłonią, jaki wykonuje człowiek przykładający telefon do ucha. Jeśli układ wykryje działanie tego typu, może wyłączyć wyświetlacz w celu zmniejszenia poboru prądu. Podobne zalety dla producentów telefonów komórkowych przedstawiają żyroskopy MEMS. Poza stabilizacją obrazu czy obsługą menu, mogą one znaleźć zastosowanie w systemach nawigacji instalowanych w telefonie. Według analizy WTC, rynek MEMS przeznaczonych dla telefonów komórkowych wyniesie w 2010 r. 380 mln dolarów.

Przykładem praktycznego wykorzystania akcelerometru MEMS jest telefon Sony Ericsson W910i, dający użytkownikowi możliwość zmiany odgrywanego utworu muzycznego za pomocą ruchów ręki. Jeśli użytkownik potrząśnie aparatem do przodu, odgrywany jest następny utwór. Potrząśnięcie w odwrotnym kierunku powoduje odegranie poprzedniego utworu. Dodatkowo, zmiana odgrywanej ścieżki jest sygnalizowana wibracją telefonu. Tego typu udogodnienia będziemy częściej spotykać w telefonach komórkowych nowej generacji. O ile jednak większość firm, jak Samsung czy LG, już od 4 lat instaluje czujniki MEMS w produkowanych przez siebie modelach, to jednak w większości przypadków trafiały one tylko na rynki japoński oraz południowo koreański. Dopiero od niedawna, między innymi za sprawą iPhone, urządzenia tego typu wchodzą do sprzedaży na europejskim i amerykańskim rynku.

Podsumowanie

Z całą pewnością można stwierdzić, iż układy MEMS będą coraz powszechniej montowane w urządzeniach codziennego użytku. Zyskają na tym konsumenci, jako iż przy niewielkiej zmianie ceny urządzenia, zyskują większą funkcjonalność oraz wygodę użytkowania. Ponadto, układy MEMS są w stanie znacznie poprawić nie tylko komfort jazdy samochodem, ale przede wszystkim zwiększyć bezpieczeństwo. Także producenci powinni być zadowoleni. Układy te pozwalają na instalowanie w produkowanych urządzeniach nowych, niedostępnych dotychczas funkcji, bez konieczności zwiększania wagi oraz wymiarów urządzenia. Dodatkowym atutem jest wciąż malejąca cena, przez co wykorzystanie tych układów staje się coraz bardziej korzystne z ekonomicznego punktu widzenia.

Jacek Dębowski