【導讀】隨著MEMS、激光技術、高科技材料等的技術進步，傳感器的研發(fā)呈現(xiàn)多樣化的趨勢，有的利用生物材料模擬人類皮膚，創(chuàng)新傳感器的觸覺;有的利用MEMS技術研發(fā)微型智能化傳感器，從而有利于復雜系統(tǒng)的集成;有的利用高精度的激光技術創(chuàng)造激光雷達，從而利于系統(tǒng)實時感知周邊障礙物與環(huán)境等等。下面筆者就給大家盤點下2016年熱門的新型傳感器技術。
隨著現(xiàn)代科學發(fā)展，傳感技術作為一種與現(xiàn)代科學密切相關的新興學科也得到迅速的發(fā)展，并且在工業(yè)自動化測量和檢測技術、航天技術軍事工程、醫(yī)療診斷等學科被越來越廣泛地利用，同時對各學科發(fā)展還有促進作用。
傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置的總稱。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 臨一場新的技術革命，這場革命的主要基礎是信息技術，而傳感器技術被認為是信息技術三大支柱之一。一些發(fā)達國家都把傳感器技術列為與通信技術和計算機技術同等位置。
新型可穿戴傳感技術
英國國防部(MoD)公布一種新型可穿戴傳感技術，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)可以讓指揮官在沒有 GPS 的情況下定位士兵位置，同時提供更好的周圍環(huán)境感知能力。
DCCS 系統(tǒng)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，必要時可以摘取下來，用來給一些目標物體進行定位，如一些軍用無人機、軍用飛機以及需要救助的傷員，在其周圍放置 DCCS 系統(tǒng)裝備，可以讓同樣擁有該套系統(tǒng)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)大學材料科學教授何曉東(音譯)以及其同事在這方面進行了創(chuàng)新，他們研發(fā)的新技術能夠模仿人體表面的細微毛發(fā)，人類正是通過這些毛發(fā)將感覺信息傳遞到皮膚神經(jīng)。研究人員采用30微米的細線代替毛發(fā)，他們在硅脂橡膠中嵌入一排細微電線，這排電線的作用就是給人造皮膚帶來外界信息。
當然，這種電線并不會像真實的毛發(fā)那樣感覺壓力或運動變化。其通過位移來對外界環(huán)境變化做出判斷。電線本身帶有少量電荷，會形成一個小型磁場。當一個或者多個電線被移動時，其周圍磁場就會發(fā)生相應變化。研究人員發(fā)現(xiàn)，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，甚至可以感覺到輕微的風。
研究人員指出，創(chuàng)新的關鍵在于所選擇的電線材質。研究人員此前使用碳納米管來制造人造毛發(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。這種材質的電線韌性較高，能夠隨意打結且不會斷裂。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(xiàn)實世界中普及。
“襪子”溫度傳感器
致力于糖尿病患者健康監(jiān)測的創(chuàng)企Siren Care研發(fā)了一款智能襪子，該襪子通過溫度傳感器來檢測患者是否出現(xiàn)炎癥，進而實時檢測糖尿病患者健康狀況。與之前其它公司開發(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，可以隨時檢測足部炎癥，而探測出的所有信息都會上傳到智能手機上的App上，方便患者隨時了解自身足部情況。
所有的數(shù)據(jù)都存儲于襪子的傳感器、手機App以及云盤中。當足部出現(xiàn)損傷時，襪子可以檢測到高溫差，然后App會發(fā)出警報，提醒患者足部出現(xiàn)了問題。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。每個襪子的內置電池都充滿電量，可以使用六個月。
貼紙傳感器
據(jù)報道，美國研究人員開發(fā)出一種類似皮膚貼紙的柔性傳感器，可監(jiān)測心率和識別語音。該器件的潛在應用包括診斷病情、操縱機器人，以及在沒有手柄的情況下玩電腦游戲等。例如，用戶只需說出“上、下、左、右”就可控制吃豆人游戲，語音識別率可達90%。
據(jù)悉，這種新型傳感器類似于一個小的創(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。與常見的聽診器傳感器相比，貼紙傳感器所使用的低功率商用微型機電系統(tǒng)(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)光傳感器其實是一種新型的研究手段，由美國范德堡大學的一組科學家通過對熒光素酶這種生物酶進行基因改造而發(fā)明出來。據(jù)研究人員介紹，這一新型傳感器可用來追蹤大腦中大型神經(jīng)網(wǎng)絡的內部互動情況。
研究小組領頭人Carl Johnson教授說：“長期以來，神經(jīng)系統(tǒng)科學家依靠電訊號紀錄神經(jīng)元的活動。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技術，同時記錄數(shù)百個神經(jīng)元的活動。”
可貼式皮膚傳感器
據(jù)報道，日本研究人員最新發(fā)明了一種廉價的像創(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(jiān)測人體活動量、心跳次數(shù)以及紫外線強度等，可用于健康管理和物聯(lián)網(wǎng)等領域。
研究人員介紹說，可貼式皮膚傳感器以最新開發(fā)的印刷技術印制在薄薄的塑料膜上，與以往半導體傳感器制造技術相比成本很低。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，在生物能源相關物質及醫(yī)藥品的生產(chǎn)等領域，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)多種物質的藍綠藻的能力備受關注。11月24，東京農工大學宣布，其通過對源自藍綠藻的光傳感器蛋白質實施改造，成功開發(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重組技術設計、創(chuàng)造具有全新功能的生物這一“合成生物學”理念為基礎。通過將此次獲得成功的、使利用光的基因表達控制功能發(fā)生改變的技術應用到藍綠藻等可生產(chǎn)有用物質的微生物中，有望使具有高功能的新型生物工藝的開發(fā)得到迅速推進。
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)療健康領域一直是個重要角色。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(yī)療和仿生義肢，未來更會拓展到VR/AR，體育健身，人體外骨骼等朝陽產(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。其核心算法可以將采集到的有效肌電數(shù)據(jù)通過濾波轉化為清晰波形，然后通過處理波形應用到康復、健身、VRAR等領域，目前已經(jīng)通過國家二類醫(yī)療器械質量檢測。
總結
傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展離不開科研創(chuàng)新，而我國傳感器產(chǎn)業(yè)雖然已由仿制、引進逐步走向自主設計、創(chuàng)新發(fā)展階段，但傳感器在我國仍有諸多挑戰(zhàn)：高端領域核心技術未掌握，高端人才不足，生產(chǎn)、封裝及測試的自動化、規(guī)?；芰Φ?，缺少龍頭企業(yè)，對新技術、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(tǒng)為主，要將傳感器的信號處理、傳輸一起來做，系統(tǒng)要做牽引，從跟蹤仿制、打牢基礎到后來需求方提出系統(tǒng)需求牽引產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
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