Presente e futuro di MEMS e sensoriERT

In base ai dati degli analisti di Yole Développement il mercato di sensori e attuatori dovrebbe raggiungere i 100 miliardi di dollari nel 2023, con circa 185 miliardi di unità. In particolare, i sensori di immagine CMOS dovrebbero rappresentare la parte maggiore con circa il 40% del mercato. Anche i MEMS dovrebbero crescere in modo rilevante e il relativo mercato dovrebbe essere caratterizzato da CAGR del 17,5% nel periodo compreso fra il 2018 e il 2023. Questi componenti dovrebbero rappresentare una quota complessiva di mercato superiore al 50% con una crescita del 26,7% in termini di unità.

Tra i diversi tipi di dispositivi MEMS esistenti, le testine a getto d’inchiostro cresceranno con il mercato consumer, che rappresenta oltre il 70% della domanda di questi componenti.

Contribuiscono all’espansione del mercato anche le numerose applicazioni dei sensori di pressione. Sebbene sia una delle tecnologie MEMS più datate, il segmento dei sensori di pressione continua a crescere, soprattutto nel settore automotive, dove c’è il più elevato numero di applicazioni.

Quello dei microfoni MEMS è però il segmento probabilmente più interessante per l’immediato futuro dato che è caratterizzato da un CAGR tra i più alti negli ultimi cinque anni tra i componenti MEMS. Attualmente vengono consegnate quasi 4,5 miliardi di unità ogni anno. L’applicazione principale sono i telefoni cellulari, che costituiscono l’85% dei volumi di spedizione.

L’evoluzione e il futuro dei sensori e dei MEMS

I componenti MEMS e sensori sono entrati in una nuova e interessante fase di evoluzione che ne favorirà l’ulteriore sviluppo. Nella loro storia, infatti sono passati da semplici componenti destinati a rilevare un evento, per esempio un urto, a dispositivi sempre più complessi in grado effettuare delle misurazioni precise (per esempio una rotazione) in diversi ambiti.

La disponibilità di sensori e tecnologie sempre più articolate sta favorendo però un ulteriore e importante passaggio verso tipologie e livelli di percezione sempre più ampi su ciò che ci circonda.

Alcuni esempi ci sono già: i sistemi Lidar e l’imaging 3D sono usati per prevenire gli incidenti e sono alla base dello sviluppo dei veicoli autonomi. La qualità dell’aria è monitorata costantemente utilizzando sensori ambientali sempre più complessi e precisi. I sistemi di riconoscimento dei gesti sono implementati ormai in diversi prodotti consumer e sensori per il riconoscimento di impronte digitali permettono di effettuare controlli biometrici su un numero sempre più ampio di smartphone.

Lo scenario più interessane che si prospetta però è quello di un uso sempre maggiore di sensori per mappare l’ambiente ampliando le capacità della percezione umana e delle macchine. Per esempio, sarà possibile avere informazioni in tempo reale su ciò che ci circonda anche in gamme spettrali non naturalmente percepibili, come infrarossi e ultravioletti, o utilizzare il sensing ultrasonico per numerose applicazioni.

Gli esperti sottolineano però che per poter realizzare questo scenario occorrerà un uso sempre maggiore di un altro importante elemento e cioè l’intelligenza artificiale. I primi esempi di applicazione di tecnologie di AI in base ai dati provenienti dai sensori sono i sistemi di riconoscimento facciale negli smartphone o delle persone da parte dei sistemi Lidar, ma per ottenere delle reali estensioni delle capacità di percezione umana (per esempio con l’aggiunta di immagini infrarosse allo spettro visibile oppure la percezione esatta delle condizioni ambientali e di eventuali elementi inquinanti) occorrerà ancora molto lavoro da parte delle aziende. Ci sono infatti ancora diversi problemi da risolvere. Per esempio, le tecnologie di AI richiedono elevate capacità di calcolo, che, per ora, sono difficili da conciliare con bassi consumi di energia, necessari per i sistemi wearable, e costi contenuti. Gli attuali sviluppi sono comunque interessanti e già diversi sensori integrano dei sistemi di calcolo, per esempio DSP, che possono fornire in uscita dati già elaborati.

Un altro scenario interessante dell’evoluzione delle applicazioni di MEMS e sensori è quello legato alle applicazioni medicali. Oltre che ad ampliare le capacità di percezione umana, i sensori e i MEMS permetteranno infatti anche di compensare alcuni deficit fisici. Per esempio microfoni MEMS ad alte prestazioni stanno già aiutando i non udenti e i ricercatori stanno sviluppando impianti dotati di sensori piezoelettrici MEMS che potrebbero, in futuro, ripristinare un udito corretto ai soggetti caratterizzati da perdite significative delle capacità uditive. Analogamente sono stati avviati da alcune aziende gli studi clinici su esseri umani per le protesi retiniche per gli ipovedenti.