我不得不承认，我没有花足够多的时间来思考和反思我可以用25万个超声波换能器阵列做什么。然而，现在，在与IMEC的传感器和执行器研究员泽维尔·罗滕伯格(Xavier Rottenberg)聊天后，我发现我几乎想不出其他事情了。
你熟悉吗校际微电子中心(IMEC) ?(那里的人倾向于把这个写成小写的asimec但这是温斯顿·丘吉尔(Winston Churchill)所说的那种“我不同意”的用法可能说了，也可能没说．)
IMEC成立于1984年，是一个国际研究和开发组织，活跃在纳米电子和数字技术领域，总部设在比利时。除了拥有来自95个国家的约5000名研究人员和科学家，以及由600多个世界领先的行业合作伙伴和全球学术网络组成的生态系统外，IMEC还拥有独特的基础设施，其中包括25亿欧元的300毫米半导体试产线。
Xavier告诉我，他的团队专注于操纵基于波的过程，包括声学和光学，他们可以在一个领域使用另一个领域的东西，反之亦然。例如，他们可以在声学领域轻松地完成一些在光学领域困难得多的事情，他们可以在光学领域完成一些在声学领域困难得多的事情。
这次特别对话的主题是IMEC最近宣布了一种与平板显示(FPD)工艺技术兼容的压电微加工超声换能器(pMUT)阵列(用于“微加工”读取“微机电系统(MEMS)”)。
压电是由法国物理学家雅克·居里和皮埃尔·居里于1880年发现的。压电效应是由某些晶体材料的机械和电气状态之间的线性机电相互作用产生的。将压电晶体形变到其静态尺寸的0.1%左右，就会产生电势，从而使晶体可以用作传感器，例如，可以探测超声波。相反，对压电晶体施加电势会使其变形约为其静态尺寸的0.1%，从而使晶体充当促动器，例如，可以产生超声波。
例如，考虑在超声或回声描记术应用中使用的典型超声探头。这通常包括大约128个传感器安装在一条线或作为一个2D阵列。每个传感器都有自己的模拟信号线，将数据传输到一个大工作站，该工作站执行模数转换(ADC)，然后进行数字信号处理(DSP)，为医疗机构生成图像，发出“哦”和“啊”的声音。有128个这样的模拟信号的事实解释了为什么从探头出来的电缆如此粗大和笨重。此外，随着系统的使用，电缆的不断弯曲导致信号质量随着时间的推移而下降。
术语“波束形成”(又名“空间滤波”)是指用于传感器阵列定向信号传输或接收的信号处理技术。不幸的是，128个传感器只能实现这么多波束形成。这是一个“越多越好”的例子，这就是为什么IMEC的声明如此令人兴奋。
IMEC的伙计们花了数年时间在硅片上开发不同类型的传感器和执行器，但这限制了传感器阵列的尺寸在1毫米²之间²和1厘米，差不多吧。现在，在FPD衬底上实现这些传感器的能力允许创建尺寸为10cm x 10cm的传感器阵列(实际上，如果需要，它们可以是1m x 1m或更大)。
此外，他们可以使用薄膜晶体管(TFTs)，与fdd组成部分，在本地执行第一次信号处理，也可以作为一个开关网络，将信号漏斗到一个小型CMOS设备，可以执行更复杂的数字化，之后，数字化数据可以通过一个或多个高速串行通信通道传输到主机。
Xavier告诉我，他们还可以将薄膜加传感器从FPD玻璃基板上分层，并将其重新分层到非平面表面上，这为一系列全新的可能性打开了大门。
我担心的一件事是tft比CMOS要大得多。Xavier回应说，与TFT相比，尺寸为200um x 200um的超声波换能器是巨大的。我明白了。”
让我们更进一步。假设每个超声波换能器是200um x 200um(如果需要，它们可以被构造得更小)。这意味着我们每毫米²可以建造25个传感器或每厘米²2500个传感器．天哪，莫利小姐!这是25万个超声波换能器在一个10厘米x 10厘米的面板上，这是波束形成爱好者流口水的东西(这不是一个漂亮的景象)。
那么，我们可以用这样的面板做什么，特别是如果它是灵活的?首先是医学应用。例如，你可以把它拍在某人的胸前而不是心脏上。该系统可以快速检测到肋骨的位置，并将所有注意力集中在肋骨之间的间隙上，从而对心脏进行成像。你见过基于传统技术的最先进的超声波系统产生的图像有多糟糕吗?正如我之前提到的，这主要是因为128个换能器只能进行这么多波束形成。现在想象一下，使用10万个或更多的传感器，您可以创建的图像的质量!
这种阵列的另一个应用是电力输送。使用波束形成，该阵列可以向精确定位的点提供大量功率。这种能力可以用于各种各样的非侵入性医疗应用，如打破肾结石和胆结石，操纵迷走神经来治疗疼痛，消融组织和燃烧癌症，等等。
Xavier还谈到了将矩形超声波阵列贴片应用于患者前额的可能性，并使用它来减轻癫痫的安全。“你真的能做到吗?”我问。作为回答，他指给我看聚焦超声基础该网站记录了许多可以受益于超声波技术的医疗应用，这让我头晕目眩(我想知道他们是否能治愈这种疾病?)
我已经被泽维尔告诉我的话吓了一跳，但事实证明我们只是触及了超声波技术无数潜在用途的表面。例如，可以使用他的超声波阵列来产生脉冲并检测反射来进行手势识别，例如，就像某人在虚拟控制面板上按虚拟按钮一样。同样的阵列也可以用来聚焦超声波，并以较低的频率调制超声波，以提供触觉反馈(例如，当用户“按下”一个虚拟按钮时，他们实际上会感到一些阻力)。
泽维尔还说了一些让我深思的话。他指出，人们目前对毫米波(mmWave)无线电(想想5G和6G手机)和雷达可以做的所有事情都感到兴奋。然而，毫米波在电磁学中的意思是~100GHz(官方毫米波频谱的定义是在30GHz和300GHz之间)，因为无线电波以光速传播，即每秒~300,000,000米。
相比之下，声速约为每秒300米(如果我们疯狂地旋转)，这意味着如果我们谈论的是声速中的毫米波，我们谈论的只是100千赫。这意味着我们可以使用频率低1,000,000倍的声音获得相同的分辨率，这相当于更少的功率和更简单的电子设备。
我只能说“哇!”这真的让我看到了我们在超声波未来可能会看到的一些可能性。你说呢?你有什么想法想和我们分享吗?
