MEMS电子鼻让手机也拥有嗅觉

微机电系统(MEMS)的下一步目标在于缩小可用于分析气味的电子仪器，如质谱仪以及几乎能嗅出任何物质的电子鼻。透过Honeywell公司开发出的首款微型 MEMS 真空泵，其尺寸小到足以塞进一支手机中，可望让下一代智慧型手机等行动装置也能拥有「嗅觉」。
Honeywell最初开发这款微型 MEMS 真空泵主要针对军用的微型无人侦察机，使其得以用于侦测化学与生物制剂。如今，这款仅1美分钱币大小的MEMS感测器正着眼于扩展应用领域至工业、医疗与消费市场。


Honeywell的微型MEMS真空帮浦利用像涡轮的叶片实现手持式分析仪
（来源：Honeywell）

「我们已经开发出世界上最小的真空泵，这是一款能实现电子分析仪新型态的独特技术，」Honeywell公司ACS Labs业务单位首席研究科学家Wei Yang指出，「近年来有很多人都试图缩小电子分析仪，但这种真空泵是最近的一项突破。先前最小的模型约为砖块大小，功耗为100W，如今，我们开发出的这款真空泵只有1美分硬币大小，功耗还不到1W。」

这款元件原先是依据与美国DARPA的合约而开发的，主要安装于微型无人机上明。如今，Honeywell期望使该元件商用化，让这款微型真空泵可应用在各种行动装置上──从能够确定任何物质组成的质谱仪，到可提供超精确导航服务的原子钟──让手机与行动装置在拥有听觉(语音)、视觉(视讯)与触觉(触控)以外，现在还有了嗅觉。

Wei Yang强调，「最让我们感到兴奋之处在于它也能内建于智慧型手机中，让手机能真的拥有嗅觉，可以闻出有毒化学品、花粉与一般空气品质等任何物质与气味。它还能为用户持续累积暴露记录，提醒用户暴露于某个环境的时间与地点。」

由于目前的感测器主要依据化学反应，使其受限于特定的几种毒素侦测。事实上，针对每一种化学物质都必须采用不同的感测器来侦测，使其仅适用于特定目的(如一氧化碳或烟雾侦测器)，而无法作为一种通用的嗅探器。然而，可内建于手机中的这种质谱仪能够侦测样本中的元素、各种储存于资料库中已知毒物的化学特性，以及同步搜寻比对最可能组合。

DARPA以及其他单位过去也曾经试图缩小质谱仪等电子分析仪。遗憾的是，这些晶片级的仪器仅在真空状态下才能有效隔离与分析样本。因此，Honeywell藉由缩小真空泵的方式，可说是突破了最后一道障碍，并为能嗅出几乎任何化学物质的手持式嗅探器应用开启了大门。

Wei Yang预期「在未来的十年，这一创新将为手持式行动装置迎来各种先进复杂的电子分析仪。」

Honeywell得以成功实现这款号称全球最小真空泵的关键是在1公分大小的磁盘上制造出10万个微小涡轮叶片。Honeywell已经拥有可开发出微米级涡轮叶片的MEMS技术，还能在与其MEMS设备相同的设备上进行制造。每一个8 寸晶圆上大约可制造出几百个搭载这种涡轮叶片的磁盘。

「我们的MEMS真空泵延续Honeywell在MEMS技术上的长期发展经验。事实上，我们在制造这款真空泵时，采用的就是我们生产MEMS陀螺仪与流量感测器所用的相同光学微影制程与相同设备，」Wei Yang表示。

每个真空泵中包含两个磁盘──一个固定磁盘以及一个旋转磁盘，其上覆以10微米大小、类似涡轮的叶片。每一组叶片彼此相对，从而形成强大的吸附效果，以便在小型样本导入测试前先行清空测试腔。

DARPA已经将Honeywell的真空泵安装在微型无人机的行动分析仪了。Honeywell目前正致力于扩大其感测器网路，并提供内建手持单元的首款转发器。不过，据Wei Yang表示，最大的好处就是整合于智慧型手机等消费行动设备中。

「当每个人的手机中都安装了这种元件，可望实现追踪一切物质化学组成的未来──从空气品质到疾病控制，甚至化学药品。同时还能即时动态追踪任何化学物种，并在地图上观察其即时移动情形。」

编译：Susan Hong

(参考原文：MEMS-Enabled Electronic Nose Is Nothing to Sneeze At，by R. Colin Johnson)