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盘点2016年热门的八大新型传感器技术

类别:行业统计  

传感器是能够感受规定的被测量并按一定规律转换成可用输出信号的器件或装置的总称。通常被测量是非电物理量,输出信号一般为电量。当今世界正面 临一场新的技术革命,这场革命的主要基础是信息技术,而传感器技术被认为是信息技术三大支柱之一。一些发达国家都把传感器技术列为与通信技术和计算机技术 同等位置。

  随着现代科学发展,传感技术作为一种与现代科学密切相关的新兴学科也得到迅速的发展,并且在工业自动化测量和检测技术、航天技术军事工程、医疗诊断等学科被越来越广泛地利用,同时对各学科发展还有促进作用。随着MEMS、激光技术、高科技材料等的技术进步,传感器的研发呈现多样化的趋势,有的利用生物材料模拟人类皮肤,创新传感器的触觉;有的利用MEMS技术研发微型智能化传感器,从而有利于复杂系统的集成;有的利用高精度的激光技术创造激光雷达,从而利于系统实时感知周边障碍物与环境等等。下面笔者就给大家盘点下2016年热门的新型传感器技术。

  新型可穿戴传感技术

  英国国防部(MoD)公布一种新型可穿戴传感技术,定位士兵位置和防止误伤事件。这一套徒步近战传感(DCCS)系统可以让指挥官在没有 GPS 的情况下定位士兵位置,同时提供更好的周围环境感知能力。

  DCCS 系统在士兵可穿戴设备上配有的相机、激光传感器、方向传感器等,必要时可以摘取下来,用来给一些目标物体进行定位,如一些军用无人机、军用飞机以及需要救助的伤员,在其周围放置 DCCS 系统装备,可以让同样拥有该套系统装备的部队迅速收到该目标位置。

  新型人造毛发传感器

  中国哈尔滨工业大学材料科学教授何晓东(音译)以及其同事在这方面进行了创新,他们研发的新技术能够模仿人体表面的细微毛发,人类正是通过这些毛发将感觉信息传递到皮肤神经。研究人员采用30微米的细线代替毛发,他们在硅脂橡胶中嵌入一排细微电线,这排电线的作用就是给人造皮肤带来外界信息。

  当然,这种电线并不会像真实的毛发那样感觉压力或运动变化。其通过位移来对外界环境变化做出判断。电线本身带有少量电荷,会形成一个小型磁场。当一个或者多个电线被移动时,其周围磁场就会发生相应变化。研究人员发现,这种设备的灵敏度非常高,甚至能够检测到一只苍蝇。其也能够检测到物体从表面划过,甚至可以感觉到轻微的风。

  研究人员指出,创新的关键在于所选择的电线材质。研究人员此前使用碳纳米管来制造人造毛发,但效果并不理想。而此次研究团队使用由导电钴合金制成的玻璃包线。这种材质的电线韧性较高,能够随意打结且不会断裂。该研究团队认为,这种材料的耐用性和经济性足以使其能够在现实世界中普及。

  “袜子”温度传感器

  致力于糖尿病患者健康监测的创企Siren Care研发了一款智能袜子,该袜子通过温度传感器来检测患者是否出现炎症,进而实时检测糖尿病患者健康状况。与之前其它公司开发的靴子、鞋垫相比,Siren的袜子又更接近皮肤。传感器被编织到袜子中,可以随时检测足部炎症,而探测出的所有信息都会上传到智能手机上的App上,方便患者随时了解自身足部情况。

  所有的数据都存储于袜子的传感器、手机App以及云盘中。当足部出现损伤时,袜子可以检测到高温差,然后App会发出警报,提醒患者足部出现了问题。智能袜子虽然是一款传感器可穿戴设备,但不需要经常充电。每个袜子的内置电池都充满电量,可以使用六个月。

  贴纸传感器

  据报道,美国研究人员开发出一种类似皮肤贴纸的柔性传感器,可监测心率和识别语音。该器件的潜在应用包括诊断病情、操纵机器人,以及在没有手柄的情况下玩电脑游戏等。例如,用户只需说出“上、下、左、右”就可控制吃豆人游戏,语音识别率可达90%。

  据悉,这种新型传感器类似于一个小的创可贴,只有20毫米厚,213.6毫克重,具有足够的灵活性和可伸展性,可穿戴在颈部这样的人体弯曲部位。与常见的听诊器传感器相比,贴纸传感器所使用的低功率商用微型机电系统(MEMS)加速度计,被包裹在具有黏性的弹性硅胶中,穿戴性很强。

  生物发光传感器

  生物发光传感器其实是一种新型的研究手段,由美国范德堡大学的一组科学家通过对荧光素酶这种生物酶进行基因改造而发明出来。据研究人员介绍,这一新型传感器可用来追踪大脑中大型神经网络的内部互动情况。

  研究小组领头人Carl Johnson教授说:“长期以来,神经系统科学家依靠电讯号纪录神经元的活动。该方式虽然能起到很好的检测效果,但却只能用于少量神经元。而我们的新方法可以使用光学技术,同时记录数百个神经元的活动。”

  可贴式皮肤传感器

  据报道,日本研究人员最新发明了一种廉价的像创可贴一般的集成传感器。这种创可贴集成传感器是一种可随意贴在身体上的柔性设备,能监测人体活动量、心跳次数以及紫外线强度等,可用于健康管理和物联网等领域。

  研究人员介绍说,可贴式皮肤传感器以最新开发的印刷技术印制在薄薄的塑料膜上,与以往半导体传感器制造技术相比成本很低。从卫生角度考虑,直接贴在皮肤上的薄膜部分可一次性使用,而晶体管等较昂贵的电子部件则设计为可重复使用,兼顾了使用便利和低成本。

  人工光传感器

  近年来,在生物能源相关物质及医药品的生产等领域,使用生物的“生物工艺”变得愈发重要,可利用光合作用生产多种物质的蓝绿藻的能力备受关注。11月24,东京农工大学宣布,其通过对源自蓝绿藻的光传感器蛋白质实施改造,成功开发出了以红色光诱导基因表达的“人工光传感器”。

  此次研究成果以利用DNA重组技术设计、创造具有全新功能的生物这一“合成生物学”理念为基础。通过将此次获得成功的、使利用光的基因表达控制功能发生改变的技术应用到蓝绿藻等可生产有用物质的微生物中,有望使具有高功能的新型生物工艺的开发得到迅速推进。

  小型肌电传感器

  传感器因其处在采集数据的最前哨,在医疗健康领域一直是个重要角色。上海丞电科技有限公司研发的小型肌电传感器已成功应用在了康复医疗和仿生义肢,未来更会拓展到VR/AR,体育健身,人体外骨骼等朝阳产业中。

  上海丞电自主研发的肌电传感器是一种电荷传感器,具有采样率高,抗干扰能力强,滤波效果好的特点。其核心算法可以将采集到的有效肌电数据通过滤波转化为清晰波形,然后通过处理波形应用到康复、健身、VRAR等领域,目前已经通过国家二类医疗器械质量检测。

  总结

  传感器产业发展离不开科研创新,而我国传感器产业虽然已由仿制、引进逐步走向自主设计、创新发展阶段,但传感器在我国仍有诸多挑战:高端领域核心技术未掌握,高端人才不足,生产、封装及测试的自动化、规模化能力低,缺少龙头企业,对新技术、新产品、新应用的敏感度低。

  我国传感器要提高竞争力还是应该以系统为主,要将传感器的信号处理、传输一起来做,系统要做牵引,从跟踪仿制、打牢基础到后来需求方提出系统需求牵引产业发展。