傳感器盤(pán)點(diǎn)：八大熱門(mén)新型傳感器技術(shù)剖析

隨著現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展，傳感技術(shù)作為一種與現(xiàn)代科學(xué)密切相關(guān)的新興學(xué)科也得到迅速的發(fā)展，并且在工業(yè)自動(dòng)化測(cè)量和檢測(cè)技術(shù)、航天技術(shù)軍事工程、醫(yī)療診斷等學(xué)科被越來(lái)越廣泛地利用，同時(shí)對(duì)各學(xué)科發(fā)展還有促進(jìn)作用。隨著MEMS、激光技術(shù)、高科技材料等的技術(shù)進(jìn)步，傳感器的研發(fā)呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，有的利用生物材料模擬人類(lèi)皮膚，創(chuàng)新傳感器的觸覺(jué);有的利用MEMS技術(shù)研發(fā)微型智能化傳感器，從而有利于復(fù)雜系統(tǒng)的集成;有的利用高精度的激光技術(shù)創(chuàng)造激光雷達(dá)，從而利于系統(tǒng)實(shí)時(shí)感知周邊障礙物與環(huán)境等等。下面筆者就給大家盤(pán)點(diǎn)下2016年熱門(mén)的新型傳感器技術(shù)。

　　傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置的總稱。通常被測(cè)量是非電物理量，輸出信號(hào)一般為電量。當(dāng)今世界正面 臨一場(chǎng)新的技術(shù)革命，這場(chǎng)革命的主要基礎(chǔ)是信息技術(shù)，而傳感器技術(shù)被認(rèn)為是信息技術(shù)三大支柱之一。一些發(fā)達(dá)國(guó)家都把傳感器技術(shù)列為與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù) 同等位置。

新型可穿戴傳感技術(shù)

　　英國(guó)國(guó)防部(MoD)公布一種新型可穿戴傳感技術(shù)，定位士兵位置和防止誤傷事件。這一套徒步近戰(zhàn)傳感(DCCS)系統(tǒng)可以讓指揮官在沒(méi)有 GPS 的情況下定位士兵位置，同時(shí)提供更好的周?chē)h(huán)境感知能力。

　　DCCS 系統(tǒng)在士兵可穿戴設(shè)備上配有的相機(jī)、激光傳感器、方向傳感器等，必要時(shí)可以摘取下來(lái)，用來(lái)給一些目標(biāo)物體進(jìn)行定位，如一些軍用無(wú)人機(jī)、軍用飛機(jī)以及需要救助的傷員，在其周?chē)胖?DCCS 系統(tǒng)裝備，可以讓同樣擁有該套系統(tǒng)裝備的部隊(duì)迅速收到該目標(biāo)位置。

　　新型人造毛發(fā)傳感器

　　中國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)教授何曉東(音譯)以及其同事在這方面進(jìn)行了創(chuàng)新，他們研發(fā)的新技術(shù)能夠模仿人體表面的細(xì)微毛發(fā)，人類(lèi)正是通過(guò)這些毛發(fā)將感覺(jué)信息傳遞到皮膚神經(jīng)。研究人員采用30微米的細(xì)線代替毛發(fā)，他們?cè)诠柚鹉z中嵌入一排細(xì)微電線，這排電線的作用就是給人造皮膚帶來(lái)外界信息。

　　當(dāng)然，這種電線并不會(huì)像真實(shí)的毛發(fā)那樣感覺(jué)壓力或運(yùn)動(dòng)變化。其通過(guò)位移來(lái)對(duì)外界環(huán)境變化做出判斷。電線本身帶有少量電荷，會(huì)形成一個(gè)小型磁場(chǎng)。當(dāng)一個(gè)或者多個(gè)電線被移動(dòng)時(shí)，其周?chē)艌?chǎng)就會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種設(shè)備的靈敏度非常高，甚至能夠檢測(cè)到一只蒼蠅。其也能夠檢測(cè)到物體從表面劃過(guò)，甚至可以感覺(jué)到輕微的風(fēng)。

　　研究人員指出，創(chuàng)新的關(guān)鍵在于所選擇的電線材質(zhì)。研究人員此前使用碳納米管來(lái)制造人造毛發(fā)，但效果并不理想。而此次研究團(tuán)隊(duì)使用由導(dǎo)電鈷合金制成的玻璃包線。這種材質(zhì)的電線韌性較高，能夠隨意打結(jié)且不會(huì)斷裂。該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這種材料的耐用性和經(jīng)濟(jì)性足以使其能夠在現(xiàn)實(shí)世界中普及。

　　“襪子”溫度傳感器

　　致力于糖尿病患者健康監(jiān)測(cè)的創(chuàng)企Siren Care研發(fā)了一款智能襪子，該襪子通過(guò)溫度傳感器來(lái)檢測(cè)患者是否出現(xiàn)炎癥，進(jìn)而實(shí)時(shí)檢測(cè)糖尿病患者健康狀況。與之前其它公司開(kāi)發(fā)的靴子、鞋墊相比，Siren的襪子又更接近皮膚。傳感器被編織到襪子中，可以隨時(shí)檢測(cè)足部炎癥，而探測(cè)出的所有信息都會(huì)上傳到智能手機(jī)上的App上，方便患者隨時(shí)了解自身足部情況。

　　所有的數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)于襪子的傳感器、手機(jī)App以及云盤(pán)中。當(dāng)足部出現(xiàn)損傷時(shí)，襪子可以檢測(cè)到高溫差，然后App會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒患者足部出現(xiàn)了問(wèn)題。智能襪子雖然是一款傳感器可穿戴設(shè)備，但不需要經(jīng)常充電。每個(gè)襪子的內(nèi)置電池都充滿電量，可以使用六個(gè)月。

　　貼紙傳感器

　　據(jù)報(bào)道，美國(guó)研究人員開(kāi)發(fā)出一種類(lèi)似皮膚貼紙的柔性傳感器，可監(jiān)測(cè)心率和識(shí)別語(yǔ)音。該器件的潛在應(yīng)用包括診斷病情、操縱機(jī)器人，以及在沒(méi)有手柄的情況下玩電腦游戲等。例如，用戶只需說(shuō)出“上、下、左、右”就可控制吃豆人游戲，語(yǔ)音識(shí)別率可達(dá)90%。

　　據(jù)悉，這種新型傳感器類(lèi)似于一個(gè)小的創(chuàng)可貼，只有20毫米厚，213.6毫克重，具有足夠的靈活性和可伸展性，可穿戴在頸部這樣的人體彎曲部位。與常見(jiàn)的聽(tīng)診器傳感器相比，貼紙傳感器所使用的低功率商用微型機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加速度計(jì)，被包裹在具有黏性的彈性硅膠中，穿戴性很強(qiáng)。

　　生物發(fā)光傳感器

　　生物發(fā)光傳感器其實(shí)是一種新型的研究手段，由美國(guó)范德堡大學(xué)的一組科學(xué)家通過(guò)對(duì)熒光素酶這種生物酶進(jìn)行基因改造而發(fā)明出來(lái)。據(jù)研究人員介紹，這一新型傳感器可用來(lái)追蹤大腦中大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部互動(dòng)情況。

　　研究小組領(lǐng)頭人Carl Johnson教授說(shuō)：“長(zhǎng)期以來(lái)，神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家依靠電訊號(hào)紀(jì)錄神經(jīng)元的活動(dòng)。該方式雖然能起到很好的檢測(cè)效果，但卻只能用于少量神經(jīng)元。而我們的新方法可以使用光學(xué)技術(shù)，同時(shí)記錄數(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。”

　　可貼式皮膚傳感器

　　據(jù)報(bào)道，日本研究人員最新發(fā)明了一種廉價(jià)的像創(chuàng)可貼一般的集成傳感器。這種創(chuàng)可貼集成傳感器是一種可隨意貼在身體上的柔性設(shè)備，能監(jiān)測(cè)人體活動(dòng)量、心跳次數(shù)以及紫外線強(qiáng)度等，可用于健康管理和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

　　研究人員介紹說(shuō)，可貼式皮膚傳感器以最新開(kāi)發(fā)的印刷技術(shù)印制在薄薄的塑料膜上，與以往半導(dǎo)體傳感器制造技術(shù)相比成本很低。從衛(wèi)生角度考慮，直接貼在皮膚上的薄膜部分可一次性使用，而晶體管等較昂貴的電子部件則設(shè)計(jì)為可重復(fù)使用，兼顧了使用便利和低成本。

　　人工光傳感器

　　近年來(lái)，在生物能源相關(guān)物質(zhì)及醫(yī)藥品的生產(chǎn)等領(lǐng)域，使用生物的“生物工藝”變得愈發(fā)重要，可利用光合作用生產(chǎn)多種物質(zhì)的藍(lán)綠藻的能力備受關(guān)注。11月24，東京農(nóng)工大學(xué)宣布，其通過(guò)對(duì)源自藍(lán)綠藻的光傳感器蛋白質(zhì)實(shí)施改造，成功開(kāi)發(fā)出了以紅色光誘導(dǎo)基因表達(dá)的“人工光傳感器”。

　　此次研究成果以利用DNA重組技術(shù)設(shè)計(jì)、創(chuàng)造具有全新功能的生物這一“合成生物學(xué)”理念為基礎(chǔ)。通過(guò)將此次獲得成功的、使利用光的基因表達(dá)控制功能發(fā)生改變的技術(shù)應(yīng)用到藍(lán)綠藻等可生產(chǎn)有用物質(zhì)的微生物中，有望使具有高功能的新型生物工藝的開(kāi)發(fā)得到迅速推進(jìn)。

　　小型肌電傳感器

　　傳感器因其處在采集數(shù)據(jù)的最前哨，在醫(yī)療健康領(lǐng)域一直是個(gè)重要角色。上海丞電科技有限公司研發(fā)的小型肌電傳感器已成功應(yīng)用在了康復(fù)醫(yī)療和仿生義肢，未來(lái)更會(huì)拓展到VR/AR，體育健身，人體外骨骼等朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)中。

　　上海丞電自主研發(fā)的肌電傳感器是一種電荷傳感器，具有采樣率高，抗干擾能力強(qiáng)，濾波效果好的特點(diǎn)。其核心算法可以將采集到的有效肌電數(shù)據(jù)通過(guò)濾波轉(zhuǎn)化為清晰波形，然后通過(guò)處理波形應(yīng)用到康復(fù)、健身、VRAR等領(lǐng)域，目前已經(jīng)通過(guò)國(guó)家二類(lèi)醫(yī)療器械質(zhì)量檢測(cè)。

　　總結(jié)

　　傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展離不開(kāi)科研創(chuàng)新，而我國(guó)傳感器產(chǎn)業(yè)雖然已由仿制、引進(jìn)逐步走向自主設(shè)計(jì)、創(chuàng)新發(fā)展階段，但傳感器在我國(guó)仍有諸多挑戰(zhàn)：高端領(lǐng)域核心技術(shù)未掌握，高端人才不足，生產(chǎn)、封裝及測(cè)試的自動(dòng)化、規(guī)?；芰Φ?，缺少龍頭企業(yè)，對(duì)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用的敏感度低。

　　我國(guó)傳感器要提高競(jìng)爭(zhēng)力還是應(yīng)該以系統(tǒng)為主，要將傳感器的信號(hào)處理、傳輸一起來(lái)做，系統(tǒng)要做牽引，從跟蹤仿制、打牢基礎(chǔ)到后來(lái)需求方提出系統(tǒng)需求牽引產(chǎn)業(yè)發(fā)展。