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

隨著(zhù)現代科學(xué)發(fā)展，傳感技術(shù)作為一種與現代科學(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)化測量和檢測技術(shù)、航天技術(shù)軍事工程、醫療診斷等學(xué)科被越來(lái)越廣泛地利用，同時(shí)對各學(xué)科發(fā)展還有促進(jìn)作用。隨著(zhù)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)呈現多樣化的趨勢，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，從而有利于復雜系統的集成;有的利用高精度的激光技術(shù)創(chuàng )造激光雷達，從而利于系統實(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定的被測量并按一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱(chēng)。通常被測量是非電物理量，輸出信號一般為電量。當今世界正面 臨一場(chǎng)新的技術(shù)革命，這場(chǎng)革命的主要基礎是信息技術(shù)，而傳感器技術(shù)被認為是信息技術(shù)三大支柱之一。一些發(fā)達國家都把傳感器技術(shù)列為與通信技術(shù)和計算機技術(shù) 同等位置。

新型可穿戴傳感技術(shù)

　　英國國防部(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。這一套徒步近戰傳感(DCCS)系統可以讓指揮官在沒(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 系統在士兵可穿戴設備上配有的相機、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)給一些目標物體進(jìn)行定位，如一些軍用無(wú)人機、軍用飛機以及需要救助的傷員，在其周?chē)胖?DCCS 系統裝備，可以讓同樣擁有該套系統裝備的部隊迅速收到該目標位置。

　　新型人造毛發(fā)傳感器

　　中國哈爾濱工業(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微米的細線(xiàn)代替毛發(fā)，他們在硅脂橡膠中嵌入一排細微電線(xiàn)，這排電線(xiàn)的作用就是給人造皮膚帶來(lái)外界信息。

　　當然，這種電線(xiàn)并不會(huì )像真實(shí)的毛發(fā)那樣感覺(jué)壓力或運動(dòng)變化。其通過(guò)位移來(lái)對外界環(huán)境變化做出判斷。電線(xiàn)本身帶有少量電荷，會(huì )形成一個(gè)小型磁場(chǎng)。當一個(gè)或者多個(gè)電線(xiàn)被移動(dòng)時(shí)，其周?chē)艌?chǎng)就會(huì )發(fā)生相應變化。研究人員發(fā)現，這種設備的靈敏度非常高，甚至能夠檢測到一只蒼蠅。其也能夠檢測到物體從表面劃過(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(xiàn)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。而此次研究團隊使用由導電鈷合金制成的玻璃包線(xiàn)。這種材質(zhì)的電線(xiàn)韌性較高，能夠隨意打結且不會(huì )斷裂。該研究團隊認為，這種材料的耐用性和經(jīng)濟性足以使其能夠在現實(shí)世界中普及。

　　“襪子”溫度傳感器

　　致力于糖尿病患者健康監測的創(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)檢測患者是否出現炎癥，進(jìn)而實(shí)時(shí)檢測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)檢測足部炎癥，而探測出的所有信息都會(huì )上傳到智能手機上的App上，方便患者隨時(shí)了解自身足部情況。

　　所有的數據都存儲于襪子的傳感器、手機App以及云盤(pán)中。當足部出現損傷時(shí)，襪子可以檢測到高溫差，然后App會(huì )發(fā)出警報，提醒患者足部出現了問(wèn)題。智能襪子雖然是一款傳感器可穿戴設備，但不需要經(jīng)常充電。每個(gè)襪子的內置電池都充滿(mǎn)電量，可以使用六個(gè)月。

　　貼紙傳感器

　　據報道，美國研究人員開(kāi)發(fā)出一種類(lèi)似皮膚貼紙的柔性傳感器，可監測心率和識別語(yǔ)音。該器件的潛在應用包括診斷病情、操縱機器人，以及在沒(méi)有手柄的情況下玩電腦游戲等。例如，用戶(hù)只需說(shuō)出“上、下、左、右”就可控制吃豆人游戲，語(yǔ)音識別率可達90%。

　　據悉，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電系統(MEMS)加速度計，被包裹在具有黏性的彈性硅膠中，穿戴性很強。

　　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，由美國范德堡大學(xué)的一組科學(xué)家通過(guò)對熒光素酶這種生物酶進(jìn)行基因改造而發(fā)明出來(lái)。據研究人員介紹，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 )的內部互動(dòng)情況。

　　研究小組領(lǐng)頭人Carl Johnson教授說(shuō)：“長(cháng)期以來(lái)，神經(jīng)系統科學(xué)家依靠電訊號紀錄神經(jīng)元的活動(dòng)。該方式雖然能起到很好的檢測效果，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)記錄數百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。”

　　可貼式皮膚傳感器

　　據報道，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備，能監測人體活動(dòng)量、心跳次數以及紫外線(xiàn)強度等，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，與以往半導體傳感器制造技術(shù)相比成本很低。從衛生角度考慮，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計為可重復使用，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)的藍綠藻的能力備受關(guān)注。11月24，東京農工大學(xué)宣布，其通過(guò)對源自藍綠藻的光傳感器蛋白質(zhì)實(shí)施改造，成功開(kāi)發(fā)出了以紅色光誘導基因表達的“人工光傳感器”。

　　此次研究成果以利用DNA重組技術(shù)設計、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。通過(guò)將此次獲得成功的、使利用光的基因表達控制功能發(fā)生改變的技術(shù)應用到藍綠藻等可生產(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據的最前哨，在醫療健康領(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用在了康復醫療和仿生義肢，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，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據通過(guò)濾波轉化為清晰波形，然后通過(guò)處理波形應用到康復、健身、VRAR等領(lǐng)域，目前已經(jīng)通過(guò)國家二類(lèi)醫療器械質(zhì)量檢測。

　　總結

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

　　我國傳感器要提高競爭力還是應該以系統為主，要將傳感器的信號處理、傳輸一起來(lái)做，系統要做牽引，從跟蹤仿制、打牢基礎到后來(lái)需求方提出系統需求牽引產(chǎn)業(yè)發(fā)展。