微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的下一步目標(biāo)在于縮小可用于分析氣味的電子儀器，如質(zhì)譜儀以及幾乎能嗅出任何物質(zhì)的電子鼻。透過(guò)Honeywell公司開發(fā)出的首款微型 MEMS 真空泵，其尺寸小到足以塞進(jìn)一支手機(jī)中，可望讓下一代智能手機(jī)等移動(dòng)裝置也能擁有“嗅覺”。

Honeywell最初開發(fā)這款微型 MEMS 真空泵主要針對(duì)軍用的微型無(wú)人偵察機(jī)，使其得以用于偵測(cè)化學(xué)與生物制劑。如今，這款僅1美分錢幣大小的MEMS傳感器正著眼于擴(kuò)展應(yīng)用領(lǐng)域至工業(yè)、醫(yī)療與消費(fèi)市場(chǎng)。

Honeywell的微型MEMS真空幫浦利用像渦輪的葉片實(shí)現(xiàn)手持式分析儀
Source：Honeywell

“我們已經(jīng)開發(fā)出世界上最小的真空泵，這是一款能實(shí)現(xiàn)電子分析儀新型態(tài)的獨(dú)特技術(shù)，”Honeywell公司ACS Labs業(yè)務(wù)單位首席研究科學(xué)家Wei Yang指出，“近年來(lái)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(xiàng)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(fā)出的 這款真空泵只有1美分硬幣大小，功耗還不到1W?！?BR>
這款組件原先是依據(jù)與美國(guó)DARPA的合約而開發(fā)的，主要安裝于微型無(wú)人 機(jī)上明。如今，Honeywell期望使該組件商用化，讓這款微型真空泵可應(yīng)用在各種移動(dòng)裝置上──從能夠確定任何物質(zhì)組成的質(zhì)譜儀，到可提供超精確導(dǎo)航 服務(wù)的原子鐘──讓手機(jī)與移動(dòng)裝置在擁有聽覺(語(yǔ)音)、視覺(視頻)與觸覺(觸控)以外，現(xiàn)在還有了嗅覺。

Wei Yang強(qiáng)調(diào)，“最讓我們感到興奮之處在于它也能內(nèi)建于智能手機(jī)中，讓手機(jī)能真的擁有嗅覺，可以聞出有毒化學(xué)品、花粉與一般空氣品質(zhì)等任何物質(zhì)與氣味。它還能為用戶持續(xù)累積暴露記錄，提醒用戶暴露于某個(gè)環(huán)境的時(shí)間與地點(diǎn)。”

由 于目前的傳感器主要依據(jù)化學(xué)反應(yīng)，使其受限于特定的幾種毒素偵測(cè)。事實(shí)上，針對(duì)每一種化學(xué)物質(zhì)都必須采用不同的傳感器來(lái)偵測(cè)，使其僅適用于特定目的(如一 氧化碳或煙霧偵測(cè)器)，而無(wú)法作為一種通用的嗅探器。然而，可內(nèi)建于手機(jī)中的這種質(zhì)譜儀能夠偵測(cè)樣本中的元素、各種儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)庫(kù)中已知毒物的化學(xué)特性，以 及同步搜尋比對(duì)最可能組合。

DARPA以及其它單位過(guò)去也曾經(jīng)試圖縮小質(zhì)譜儀等電子分析儀。遺憾的是，這些芯片級(jí)的儀器僅在真空狀態(tài)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(shuō)是突破了最后一道障礙，并為能嗅出幾乎任何化學(xué)物質(zhì)的手持式嗅探器應(yīng)用開啟了大門。

Wei Yang預(yù)期“在未來(lái)的十年，這一創(chuàng)新將為手持式移動(dòng)裝置迎來(lái)各種先進(jìn)復(fù)雜的電子分析儀。”

Honeywell 得以成功實(shí)現(xiàn)這款號(hào)稱全球最小真空泵的關(guān)鍵是在1公分大小的磁盤上制造出10萬(wàn)個(gè)微小渦輪葉片。Honeywell已經(jīng)擁有可開發(fā)出微米級(jí)渦輪葉片的 MEMS技術(shù)，還能在與其MEMS設(shè)備相同的設(shè)備上進(jìn)行制造。每一個(gè)8 寸晶圓上大約可制造出幾百個(gè)搭載這種渦輪葉片的磁盤。

“我們的MEMS真空泵延續(xù)Honeywell在MEMS技術(shù)上的長(zhǎng)期發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。事實(shí)上，我們?cè)谥圃爝@款真空泵時(shí)，采用的就是我們生產(chǎn)MEMS陀螺儀與流量傳感器所用的相同光學(xué)微影制程與相同設(shè)備，”Wei Yang表示。

每個(gè)真空泵中包含兩個(gè)磁盤──一個(gè)固定磁盤以及一個(gè)旋轉(zhuǎn)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(duì)，從而形成強(qiáng)大的吸附效果，以便在小型樣本導(dǎo)入測(cè)試前先行清空測(cè)試腔。

DARPA已經(jīng)將Honeywell的真空泵安裝在微型無(wú)人 機(jī)的移動(dòng)分析儀了。Honeywell目前正致力于擴(kuò)大其傳感器網(wǎng)絡(luò)，并提供內(nèi)建手持單元的首款轉(zhuǎn)發(fā)器。不過(guò)，據(jù)Wei Yang表示，最大的好處就是整合于智能手機(jī)等消費(fèi)移動(dòng)設(shè)備中。

“當(dāng)每個(gè)人的手機(jī)中都安裝了這種組件，可望實(shí)現(xiàn)追蹤一切物質(zhì)化學(xué)組成的未來(lái)──從空氣品質(zhì)到疾病控制，甚至化學(xué)藥品。同時(shí)還能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)追蹤任何化學(xué)物種，并在地圖上觀察其實(shí)時(shí)移動(dòng)情形?！?BR>
編譯：Susan Hong