Sensore trasduttore a ultrasuoni MEMS: promuove il progresso della tecnologia AR/VR

I sistemi di realtà aumentata/realtà virtuale (AR/VR) vengono sempre più utilizzati in vari campi, come l'intrattenimento, l'istruzione, la sanità e altre applicazioni industriali. Con queste tecnologie, gli utenti possono simulare compiti complessi o operazioni chirurgiche in uno spazio virtuale. La tecnologia di rilevamento consente agli utenti di ottenere un'esperienza realistica in uno spazio virtuale attraverso un posizionamento/rilevamento del movimento avanzato e preciso. L'ultimo sistema AR/VR utilizza la tecnologia del tempo di volo (ToF) per misurare la distanza da un oggetto e il trasduttore di misurazione della profondità a ultrasuoni ha attirato grande attenzione.

I sistemi di realtà aumentata/realtà virtuale (AR/VR) vengono sempre più utilizzati in vari campi, come l'intrattenimento, l'istruzione, la sanità e altre applicazioni industriali. Con queste tecnologie, gli utenti possono simulare compiti complessi o operazioni chirurgiche in uno spazio virtuale. La tecnologia di rilevamento consente agli utenti di ottenere un'esperienza realistica in uno spazio virtuale attraverso un posizionamento/rilevamento del movimento avanzato e preciso. L'ultimo sistema AR/VR utilizza la tecnologia del tempo di volo (ToF) per misurare la distanza da un oggetto e i sensori a ultrasuoni hanno attirato grande attenzione.

La sfida per rendere AR/VR più reale: ridurre le dimensioni dei sensori a ultrasuoni
Con i vari visori AR/VR con display montato sulla testa (HMD), che iniziano ad essere disponibili a prezzi accessibili, nel 2016, il mercato AR/VR globale è cresciuto notevolmente e, entro il 2025, la dimensione del mercato supererà probabilmente gli 11 miliardi di dollari (Fonte: 'Prospettive future per i mercati correlati AR/VR 2017', Fuji Camry General Research). In passato i sistemi AR/VR venivano utilizzati principalmente per applicazioni di intrattenimento come i giochi, ma si prevede che il loro utilizzo aumenterà in altri settori, come l’assemblaggio, la produzione, i trasporti, la vendita al dettaglio, l’istruzione e l’assistenza sanitaria.
Mercato globale AR/VR

Utilizzando l'ultimo modello di sistema AR/VR, gli utenti possono simulare operazioni chirurgiche complesse nello spazio virtuale. Un display montato sulla testa e un controller manuale con sei gradi di libertà (6-DoF1) rendono possibile questa applicazione. In questo modo è possibile ottenere una sintesi perfetta tra il movimento umano nello spazio virtuale e il movimento umano nello spazio reale. Ciò è dovuto a una tecnologia basata su sensori chiamata rilevamento della posizione 2, che utilizza il metodo ToF per misurare la distanza da un oggetto.

La tecnologia dei trasduttori di distanza a ultrasuoni ToF misura la distanza da un oggetto in base alla differenza di tempo tra il momento in cui la luce, gli infrarossi o le onde ultrasoniche vengono riflesse dall'oggetto e restituite al sensore. Che si tratti di tecnologia ToF ottica o infrarossa, pur essendo molto precise, non possono essere utilizzate per la misurazione in presenza di ostacoli, sono adatte per misurare la distanza da vetri o altri oggetti trasparenti. La tecnologia ToF a ultrasuoni può misurare con precisione la distanza dagli oggetti, anche se questi oggetti hanno un'elevata riflettività, e questa tecnologia non sarà influenzata dalle condizioni di illuminazione, dalle dimensioni e dal colore dell'oggetto. I tradizionali sensori ToF a ultrasuoni richiedono un'elaborazione complessa del segnale e sono troppo grandi per essere integrati negli elettrodomestici

Soluzione ToF con sensori ultra-piccoli basati su MEMS
La soluzione di TDK a questa sfida è CH-101, un nuovo sensore ToF a ultrasuoni ultra-piccolo, che è solo un millesimo delle dimensioni dei tradizionali sensori ToF a ultrasuoni. Come il primo sensore a ultrasuoni al mondo basato su MEMS. Si tratta di un prodotto davvero rivoluzionario che combina trasduttori ultrasonici micromeccanici piezoelettrici (PMUT3) e DSP (elaborazione del segnale digitale) ad alta efficienza energetica 4), CMOS ASIC5 a basso consumo combinati insieme in un piccolo contenitore che misura solo 3,5 x 3,5 x 1,25 mm.

CH-101 combina PMUT, DSP (Digital Signal Processor) ad alta efficienza e ASIC CMOS a basso consumo in un piccolo contenitore che misura solo 3,5 x 3,5 x 1,25 mm. one.I pipistrelli possono volare liberamente al buio senza colpire oggetti, perché rilevano la posizione e la velocità relativa degli oggetti inviando onde ultrasoniche pulsate e ricevendo echi dagli oggetti. Questo metodo si chiama ecolocalizzazione e lo stesso principio viene utilizzato anche per il rilevamento della posizione dei sensori a ultrasuoni.

Il CH-101 ha un PMUT incorporato che può emettere impulsi ultrasonici e ricevere echi dagli oggetti all'interno del campo visivo del sensore. Combinato con una varietà di diverse elaborazioni del segnale, il prodotto può essere utilizzato in una varietà di applicazioni, tra cui il rilevamento della distanza e della posizione degli oggetti, il rilevamento della presenza di oggetti e l'evitamento delle collisioni. Inoltre, richiede un consumo energetico molto basso, cento volte inferiore al consumo energetico dei tradizionali sensori a ultrasuoni, fornendo così eccellenti prestazioni ambientali.

Il sensore ottico a ultrasuoni esistente basato sul sistema VR combina un sensore esterno con un visore cablato e un controller. Il primo emette raggi infrarossi e il secondo risponde ai raggi infrarossi per localizzare la posizione dell'utente. Il sistema VR che utilizza un trasduttore a ultrasuoni da 200 KHz consente agli utenti di sperimentare la realtà virtuale solo con un visore e un controller. Per la messa a fuoco è possibile utilizzare il sensore a ultrasuoni CH-101 plus all-in-one, un auricolare indipendente sviluppato da HTC.

Il sensore a ultrasuoni CH-101 supporta una portata di rilevamento massima di 100 cm, mentre il nuovo prodotto CH-201, che sarà messo in produzione in serie alla fine del 2019, supporta una portata di rilevamento massima di 500 cm. Grazie all’uso della tecnologia MEMS, le dimensioni dei sensori sono diventate ridotte senza precedenti e ci aspettiamo che realizzino una serie di applicazioni, inclusi prodotti in visori AR/VR, case intelligenti, droni, robot, smartphone e dispositivi indossabili.

CH-101 è un sensore a ultrasuoni basato su MEMS. A differenza dei sensori ottici ToF, può misurare con precisione la distanza da un oggetto senza essere influenzato dalle dimensioni, dal colore e dalla trasparenza dell'oggetto. Inoltre, non sarà influenzato dal rumore ambientale, come rumore e rumore nell'ambiente circostante.