0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評(píng)論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識(shí)你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

20年10000億元搞傳感器基礎(chǔ)研發(fā)?美國國家科學(xué)基金會(huì)發(fā)布:傳感器革命

傳感器專家網(wǎng) ? 來源:傳感器專家網(wǎng) ? 作者:傳感器專家網(wǎng) ? 2024-06-08 08:45 ? 次閱讀

此前九三中央科技委副主任、中國傳感器物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟常務(wù)副理事長郭源生曾介紹,美國每年度財(cái)政預(yù)算約有69億美元,用于傳感器基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用研究,稱其為“Sensor Revolution”(即:傳感器革命)。

美國國家科學(xué)發(fā)展基金會(huì)認(rèn)為:

“80年代個(gè)人電腦把運(yùn)算簡(jiǎn)化到人們手指尖上;90年代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把人們對(duì)信息的需求通過網(wǎng)絡(luò)變得全球化;本世紀(jì)的重大變革就是:通過網(wǎng)絡(luò),把物質(zhì)世界聯(lián)接起來,并賦予它一個(gè)電子神經(jīng)系統(tǒng),使它具有能夠感知信息的生命,而能夠擔(dān)當(dāng)這一重任的核心就是傳感器”。

20年前的2004年,美國國家科學(xué)基金會(huì)(簡(jiǎn)稱NSF)發(fā)不了《傳感器革命》(The Sensor Revolution)特別報(bào)告,本文即為該報(bào)告譯文,NSF是美國獨(dú)立的聯(lián)邦機(jī)構(gòu),相當(dāng)于中國國家自然科學(xué)基金委員會(huì),擔(dān)負(fù)著促進(jìn)國家科學(xué)進(jìn)步的責(zé)任。

同時(shí),NSF是美國大學(xué)、機(jī)構(gòu)和智庫基礎(chǔ)研究的最大資金來源之一,因此NSF影響著美國基礎(chǔ)科學(xué)的研究動(dòng)向。值得注意的是,以每年約69億美元的投入粗略計(jì)算,在傳感器基礎(chǔ)技術(shù)與應(yīng)用研究上美國或許已投入了超過1380億美元(約9994億人民幣)。

美國今天能在全球傳感器產(chǎn)業(yè)中占據(jù)最高份額,與其高度重視不無相關(guān)。我們今天仍未對(duì)傳感器的關(guān)鍵作用有清醒的認(rèn)識(shí),沒有足夠的重視,這為我們敲響警鐘。

如需《傳感器革命》(The Sensor Revolution)PDF原文檔(英文),可在傳感器專家網(wǎng)公眾號(hào)對(duì)話框回復(fù)關(guān)鍵詞【傳感器革命】獲取下載鏈接。

概述

在20世紀(jì)80年代,個(gè)人電腦革命將計(jì)算機(jī)置于我們的指尖。20世紀(jì)90年代,互聯(lián)網(wǎng)革命用網(wǎng)絡(luò)將我們與橫跨地球的另一端聯(lián)系在一起。

現(xiàn)在,下一場(chǎng)革命是將互聯(lián)網(wǎng)連接回現(xiàn)實(shí)中,我們生活在一個(gè)物質(zhì)世界里,這是世界上第一個(gè)電子神經(jīng)系統(tǒng),我們稱之為傳感器革命:大量的設(shè)備以我們幾乎無法想象的方式監(jiān)控我們周圍的環(huán)境,其中一些現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn),其他的也將實(shí)現(xiàn)。

環(huán)境與民用基礎(chǔ)設(shè)施

無線濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)偏遠(yuǎn)森林的火災(zāi)危險(xiǎn),硝酸鹽傳感器探測(cè)河流、溪流和井中的農(nóng)業(yè)污染,而分布式地震傳感器為地震提供預(yù)警系統(tǒng)。同時(shí),內(nèi)置應(yīng)力傳感器報(bào)告橋梁、建筑物和道路以及其他人造建筑物的結(jié)構(gòu)完整性。

工商業(yè)

在工廠地面上,聯(lián)網(wǎng)的振動(dòng)傳感器警報(bào)機(jī)器軸承開始出現(xiàn)故障,安排工人夜間維護(hù),防止損失巨大的突然停機(jī)。在冷藏雜貨車內(nèi),溫度和濕度傳感器監(jiān)測(cè)單個(gè)容器,減少易碎魚類或農(nóng)產(chǎn)品的變質(zhì)。

健康

嵌入衣服中的傳感器與其他體內(nèi)傳感器聯(lián)網(wǎng),持續(xù)監(jiān)測(cè)我們的生命體征。對(duì)于即將發(fā)作的心臟病或危險(xiǎn)的高血壓疾病,需要進(jìn)行早期醫(yī)療干預(yù)。糖尿病患者血糖水平的飆升,由微型傳感器持續(xù)監(jiān)測(cè),觸發(fā)輸液泵輸送胰島素,完美模擬健康的胰腺作用。

安全和安保

消防隊(duì)員將無線傳感器分散在整個(gè)燃燒的建筑中,以繪制熱點(diǎn)和火焰。同時(shí),傳感器提供緊急通信網(wǎng)絡(luò)。醫(yī)院、郵局和運(yùn)輸中心的微型化學(xué)和生物傳感器在炭疽、天花、蓖麻毒素或其他有疑似恐怖分子出現(xiàn)的跡象時(shí),就會(huì)發(fā)出警報(bào)。

6b3c6b2e-2530-11ef-9e8e-92fbcf53809c.png

傳感器技術(shù):力量的匯聚

傳感器是任何能夠接受刺激(如熱、光、磁或暴露于特定化學(xué)物質(zhì))并將其轉(zhuǎn)換為特定信號(hào)的設(shè)備。

傳感器已經(jīng)存在很長時(shí)間了,例如天平——重量傳感器——至少在9000年前就被蘇美爾人使用了。

溫度計(jì)——溫度傳感器是16世紀(jì)末伽利略等人開發(fā)的。幾十年后,伽利略的助手托里切利(Torricelli)發(fā)明了氣壓計(jì)——壓力傳感器

最近,科學(xué)家和工程師們發(fā)明了用于感應(yīng)光(光電管)、聲音(麥克風(fēng))、地面振動(dòng)(地震計(jì))和力(加速度計(jì))的設(shè)備,以及用于磁場(chǎng)和電場(chǎng)、輻射、應(yīng)變、酸度和許多其他現(xiàn)象的傳感器。

從我們?cè)跈C(jī)場(chǎng)通過的金屬探測(cè)器到保護(hù)我們家園的煙霧探測(cè)器,我們的現(xiàn)代文明完全依賴于傳感器。雖然傳感器的概念并不新鮮,但傳感器技術(shù)正在經(jīng)歷一場(chǎng)快速的變革。

事實(shí)上,曾經(jīng)徹底改變世界的計(jì)算機(jī)、電子通信以及生物技術(shù)行業(yè)的趨勢(shì),正在傳感器上展現(xiàn):

1、更?。?/strong>

納米技術(shù)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等領(lǐng)域的快速發(fā)展促進(jìn)了傳統(tǒng)傳感器的微型化,而且啟發(fā)了基于全新原理的傳感器的發(fā)明。

美國加州理工學(xué)院的化學(xué)家內(nèi)森·S·劉易斯(Nathan S. Lewis)及其同事開發(fā)的電子鼻就是一個(gè)例子。另一種是懸臂梁傳感器,在國家科學(xué)基金會(huì)通過其納米技術(shù)優(yōu)先領(lǐng)域資助的許多項(xiàng)目中,以及XYZ芯片項(xiàng)目等,還可以找到其他類似項(xiàng)目。

2、更智能

微電子技術(shù)的能力呈指數(shù)級(jí)增長,使得制造具有內(nèi)置“智能”的傳感器成為可能,至少在原則上,今天的傳感器可以存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù),只選擇最相關(guān)和最關(guān)鍵的信息進(jìn)行報(bào)告。

3、移動(dòng)化程度更高:

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速普及增強(qiáng)了聯(lián)系,如今,許多傳感器從遠(yuǎn)方發(fā)回?cái)?shù)據(jù),無論它們正在進(jìn)行什么運(yùn)動(dòng)。

然而,隨著這些力量的匯聚,傳感器對(duì)研究人員和社會(huì)都提出了嚴(yán)峻的新挑戰(zhàn)。

傳感器技術(shù):野外生存

下一代傳感器需要由堅(jiān)固的材料制成。畢竟,許多潛在應(yīng)用場(chǎng)景需要大量的傳感器,這些傳感器分散在廣泛的目標(biāo)區(qū)域內(nèi),因此不可能單獨(dú)使用。

同時(shí),這些設(shè)備必須在沒有電源插座、沒有寬帶電纜連接、沒有技術(shù)支持,甚至有可能被浸泡、烘烤、冷凍、掩埋、踩踏、或者吃掉的地方,需要一次獨(dú)立運(yùn)行數(shù)天、數(shù)周或數(shù)月。

這就帶來了一些令人棘手的工程挑戰(zhàn),其中最困難的是電源:許多廉價(jià)且批量生產(chǎn)的傳感器是一種電池空間很小的傳感器。這就是為什么工程師們經(jīng)常安排讓這些設(shè)備將在大部分時(shí)間中都處于睡眠模式下,在睡眠模式下,它們可以僅靠最微弱的電能工作。

傳感器只需要偶爾醒來一小段時(shí)間,就可以快速讀取儀器數(shù)據(jù),如果需要的話,還可以回傳一些數(shù)據(jù)。

6b91d7f8-2530-11ef-9e8e-92fbcf53809c.png

▲這種“智能塵?!蔽m是一種檢測(cè)環(huán)境光和加速度的傳感器,并包含一個(gè)用于通信的微型無線電天線(十字)(來自加州大學(xué)伯克利分校傳感器和致動(dòng)器中心)

另一個(gè)挑戰(zhàn)是將這些信息帶回總部。在沒有互聯(lián)網(wǎng)的野外,最新的傳感器可以通過有效的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)從一個(gè)傳感器傳遞到另一個(gè)傳感器,形成自己的網(wǎng)絡(luò)。

但這聽起來很困難。一方面,連接通常限于非常低的功率、非常短的距離和非常低的數(shù)據(jù)速率。更糟糕的是,如果傳感器連接到車輛或動(dòng)物上,它們將經(jīng)常需要四處移動(dòng),并且有嚴(yán)重的環(huán)境噪聲干擾。

這就是為什么許多工程師都在強(qiáng)調(diào)自組織網(wǎng)絡(luò)(ad hoc networks),在這種網(wǎng)絡(luò)中,傳感器被編程尋找附近的傳感器,并在沒有人工干預(yù)的情況下自己形成網(wǎng)絡(luò)鏈接。如果這些鏈接中的任何一個(gè)被阻止或斷開,傳感器將自動(dòng)尋找新的鏈接來替換它們。

此外,還有社會(huì)倫理方面的挑戰(zhàn)。例如,起到隱私保護(hù)的最佳方式是什么,這樣新一代傳感器就不會(huì)成為不良分子的工具?如何建立同樣強(qiáng)大的安全保障措施,使黑客無法竊聽無線數(shù)據(jù)流?

美國國家科學(xué)基金會(huì)資助的研究人員正在尋求解決所有這些挑戰(zhàn)的方法,并尋求獲得其他機(jī)構(gòu)和行業(yè)研究人員的支持。

盡管如此,已經(jīng)有許多傳感器技術(shù)支持大量應(yīng)用。請(qǐng)繼續(xù)閱讀環(huán)境與民用基礎(chǔ)設(shè)施、工業(yè)與商業(yè)、健康與安全與安保方面的更多例子。

傳感器應(yīng)用:環(huán)境和民用基礎(chǔ)設(shè)施

為了跟蹤沙漠、森林、海洋或大氣中不斷變化的氣象,環(huán)境傳感器必須穿越大雪、暴雨、酷熱和黑夜傳遞信息。

連接在橋梁、公路和其他結(jié)構(gòu)上的傳感器如果需要在颶風(fēng)和地震中發(fā)揮作用,將面臨類似的極端條件或更糟的情況。NSF資助的研究人員正在開發(fā)新的傳感器,可以在這些環(huán)境中可靠工作。他們還在傳感器系統(tǒng)方面努力工作,設(shè)計(jì)和部署傳感器網(wǎng)絡(luò),為民用和環(huán)境監(jiān)測(cè)帶來前所未有的細(xì)致數(shù)據(jù)。

在森林中植入傳感器

在加州大學(xué)洛杉磯分校嵌入式網(wǎng)絡(luò)傳感中心(CENS),William Kaiser 監(jiān)測(cè)加利福尼亞州圣哈辛托山脈的脆弱生態(tài)系統(tǒng)。

通過將固定數(shù)據(jù)采集站和移動(dòng)“信息機(jī)械系統(tǒng)”聯(lián)網(wǎng)的方式,Kaiser 的研究小組正在密切關(guān)注詹姆斯保護(hù)區(qū)(James Reserve),該保護(hù)區(qū)是50種瀕危物種的家園。

該組織的移動(dòng)設(shè)備沿著從一棵樹到另一棵樹的導(dǎo)線移動(dòng),部署傳感器,在森林地面以上不同高度測(cè)量溫度、濕度和光照水平。這些設(shè)備由太陽能電池組供電,最終將包括100個(gè)站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中,通過一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞數(shù)據(jù)。

該中心主任黛布拉·埃斯特林(DebraEstrin)和她的同事開發(fā)了協(xié)議和數(shù)據(jù)管理技術(shù),使這種特殊的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),能夠在功率限制、不穩(wěn)定的傳輸環(huán)境和不斷變化的節(jié)點(diǎn)數(shù)量等阻礙傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)那闆r下運(yùn)行。

這些類似的傳感器網(wǎng)絡(luò)也被用于其他CENS項(xiàng)目,例如監(jiān)測(cè)鳥類的筑巢棲息地,跟蹤農(nóng)場(chǎng)通過沉積區(qū)流入河流的肥料污染。

建筑感知

加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的研究人員在Factor Health Sciences Building 的校園里建立了一個(gè)嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò),他們必須調(diào)整自己的技術(shù)以應(yīng)對(duì)一系列新的挑戰(zhàn)。

大樓的17層鋼框架對(duì)傳感器的無線傳輸網(wǎng)絡(luò)造成嚴(yán)重破壞。(想象一下在電梯里使用手機(jī)。)他們?yōu)樵摻Y(jié)構(gòu)的可靠運(yùn)行而開發(fā)了新的通信協(xié)議,幫助他們從連接到建筑物和橋梁的應(yīng)變和振動(dòng)傳感器收集數(shù)據(jù),這是一種稱為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用。

橋梁和公路感知

新墨西哥州立大學(xué)(NewMexico State University)的羅拉·伊德里斯(Rola Idriss)等土木工程師預(yù)計(jì),有一天,嵌入在橋梁和道路上的傳感器,會(huì)在人類檢測(cè)人員發(fā)現(xiàn)異常磨損之前,定期報(bào)告其健康情況。與人類醫(yī)療保健一樣,早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性健康問題可以進(jìn)行早期干預(yù),最終節(jié)省資金,延長壽命,提高安全性。

伊德里斯(Idriss)和她的同事在國家科學(xué)基金會(huì)和聯(lián)邦公路管理局的支持下,在拉斯克魯斯州國際10號(hào)公路上一座20世紀(jì)70年代的橋梁上安裝了120個(gè)光纖傳感器。光纖傳感器為大學(xué)研究人員提供連續(xù)的數(shù)據(jù)流,記錄橋梁對(duì)交通、天氣和時(shí)間破壞的情況。

新墨西哥團(tuán)隊(duì)對(duì)阿爾伯克基附近的新里約熱內(nèi)盧-普爾科大橋(new Rio Puerco bridge)寄予了更高的期望,這是一種創(chuàng)新的高性能混凝土設(shè)計(jì),在其橫梁上安裝了大量傳感器。

團(tuán)隊(duì)將橋梁使用期間從內(nèi)部傳感器獲取的數(shù)據(jù),與標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)技術(shù)獲取的信息進(jìn)行比較,將有助于他們制定更有效的監(jiān)測(cè)和維護(hù)程序。

傳感器應(yīng)用:工商業(yè)

從盤式制動(dòng)器到磁盤驅(qū)動(dòng)器,美國工業(yè)依賴其產(chǎn)品和工廠中的傳感器。通過采用新的傳感器技術(shù),制造商可以為其產(chǎn)品帶來新的能力,同時(shí)提高性能和效率。同時(shí),工業(yè)傳感器通過提高產(chǎn)品質(zhì)量和減少停機(jī)時(shí)間,幫助保持美國工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

道路上的傳感器

在今天的汽車中,轉(zhuǎn)速傳感器將四個(gè)車輪的數(shù)據(jù)傳送到防抱死剎車系統(tǒng)(ABS)和牽引力控制系統(tǒng)

燃燒和抗爆傳感器可幫助發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算調(diào)整燃油混合物,即使負(fù)載和條件發(fā)生變化,也能實(shí)現(xiàn)高效、清潔的燃燒效果。

碰撞感應(yīng)加速計(jì)可以微妙地分析碰撞的真實(shí)性,使汽車的安全氣囊能夠以最小的沖擊力釋放。

在過去幾年中,每輛車的傳感設(shè)備數(shù)量翻了一番,并且隨著復(fù)雜但廉價(jià)的傳感器越來越普及,傳感器數(shù)量也在不斷增加。

韋恩州立大學(xué)(WayneStateUniversity)的Le YiWang等工程師幫助汽車設(shè)計(jì)師優(yōu)化傳感器數(shù)據(jù)。楊教授正在研究如何融合多個(gè)傳感器的信息,以有效控制發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力系統(tǒng),即使單個(gè)傳感器提供的數(shù)據(jù)不完善。

遠(yuǎn)處的庫存

射頻識(shí)別(RFID)是發(fā)展最快的傳感器技術(shù)。RFID系統(tǒng)將電磁感應(yīng)與無線電通信相結(jié)合。RFID標(biāo)簽和Interrogators可用于跟蹤倉庫中的庫存或收集移動(dòng)車輛的通行費(fèi)。

德州儀器公司(TI)為新的半導(dǎo)體制造線配備射頻發(fā)射器,并在每一個(gè)載波上貼上ID標(biāo)簽。晶圓流水線完成的每一個(gè)加工步驟現(xiàn)在都可以記錄在中心數(shù)據(jù)庫中,同時(shí)最大限度地減少人員搬運(yùn)和相關(guān)污染。

加州大學(xué)伯克利分校的Vivek Subramanian等研究人員正在研究降低成本和提高RFID標(biāo)簽功能的方法。他們預(yù)測(cè)有一天電子標(biāo)簽在日常商業(yè)中將取代條形碼。

6c3ffe1e-2530-11ef-9e8e-92fbcf53809c.png

▲一塊硅晶圓上制造可以一次制造幾十個(gè)這樣微校的壓力傳感器。來源:密歇根大學(xué)NSF無線集成微系統(tǒng)工程研究中心

學(xué)校里的傳感器

在麻省理工學(xué)院,哈里·巴拉克里希南(HariBalakrishnan)、塞思·泰勒(SethTeller)、埃里克·德梅因(ErikDemaine)和邁克爾·斯通布雷克(MichaelStonebraker)都有宏偉的計(jì)劃。

他們將全球定位系統(tǒng)(GPS)、射頻標(biāo)簽和超聲波信標(biāo)相結(jié)合,以“激活”麻省理工學(xué)院校園。他們?cè)O(shè)想將該系統(tǒng)用于從監(jiān)測(cè)和維護(hù)實(shí)體工廠到清點(diǎn)圖書館資產(chǎn),再到幫助訪客在校園內(nèi)找到自己的路等所有方面。

傳感器應(yīng)用:健康

傳感器在醫(yī)療保健和診斷的每個(gè)階段都有應(yīng)用。

醫(yī)生現(xiàn)在正在進(jìn)行臨床測(cè)試,這些測(cè)試幾年前才被送到實(shí)驗(yàn)室。檢測(cè)結(jié)果可以立即獲得,而且成本更低。

無線可穿戴傳感器可以在家中對(duì)老年人或慢性病患者進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。在緊急情況下,即使有多人傷亡,無線患者監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)仍然可以在急救人員和醫(yī)院急診室之間快速準(zhǔn)確地傳輸信息。

皮下成像

在波士頓東北大學(xué)NSF地下傳感和成像系統(tǒng)中心(CENSIS),研究人員正在使用“基于物理的成像”方法從地下傳感技術(shù)中提取最大可用信息

東北大學(xué)、波士頓大學(xué)和倫斯勒理工學(xué)院的科學(xué)家和工程師將最先進(jìn)的制造技術(shù)與復(fù)雜的物理模型相結(jié)合,創(chuàng)造出能夠“穿透”皮膚、水或其他組織和液體的儀器。

他們正在使用這種方法來改進(jìn)乳房X光檢查,并通過對(duì)胚胎的內(nèi)部檢查來提高體外受精的成功率。它同樣適用于非醫(yī)學(xué)問題,如地雷探測(cè)和珊瑚礁監(jiān)測(cè)。波多黎各大學(xué)馬亞圭茲分校正在研究這一應(yīng)用程序。

6c73f0f2-2530-11ef-9e8e-92fbcf53809c.png

▲一系列微小的金屬針可以抽血用于血糖監(jiān)測(cè)或其他診斷測(cè)試,比普通針(顯示為對(duì)比信息)疼痛更小,來源:?jiǎn)讨卫砉W(xué)院

視覺修復(fù)

在韋恩州立大學(xué),網(wǎng)絡(luò)無線傳感器實(shí)驗(yàn)室的羅蘭·施維伯特(Loren Schwiebert)和他的同事正在利用他們的技術(shù)幫助視力受損者。

他們?cè)O(shè)計(jì)的人工視網(wǎng)膜和皮質(zhì)植入物將信號(hào)從外部攝像頭傳輸?shù)窖劬Φ母兄窠?jīng)。小組使用視網(wǎng)膜修復(fù)術(shù)來幫助患有視網(wǎng)膜炎、黃斑變性或其他疾病的患者,在這些疾病中,眼睛自身的傳感器(視桿和視錐)被破壞,但潛在的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)是完好的。

當(dāng)視網(wǎng)膜本身受損且對(duì)電刺激無反應(yīng)時(shí),他們使用皮質(zhì)植入物代替。Schwiebert 正在研究這些系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和電源管理,這些系統(tǒng)不能依賴內(nèi)部電源,因?yàn)橹踩氲碾娮釉O(shè)備必須通過無線電鏈路與高帶寬視頻數(shù)據(jù)一起供電。

早期心臟病預(yù)防

路易斯維爾大學(xué)(University of Louisville)的研究人員Kyung Kang和他的同事Chang Ahn在辛辛那提大學(xué)(University of Cincinnati)使用MEMS加工方法制造微流控設(shè)備,可以同時(shí)執(zhí)行四個(gè)單獨(dú)的生化分析。通過同時(shí)測(cè)量四個(gè)心臟標(biāo)記物,他們希望改善對(duì)疑似心臟病發(fā)作患者的護(hù)理。

Case Western Reserve University電氣工程師Darrin Young有另一種改善心臟健康的方法。Young的團(tuán)隊(duì)正在研究用于心率、血壓和溫度的藥丸大小的植入式傳感器。

Young與Case醫(yī)學(xué)院的遺傳學(xué)家約瑟夫·納多(JosephNadeau)合作,希望能識(shí)別高?;颊撸谒麄冃呐K病或癲癇發(fā)作前的關(guān)鍵階段被發(fā)現(xiàn)。

6c997c50-2530-11ef-9e8e-92fbcf53809c.png

▲微型無線傳感器監(jiān)測(cè)急診患者的心率、血氧水平和其他生命體征。傳感器數(shù)據(jù)被捕獲到一個(gè)記錄中,可以通過一個(gè)安全的無線網(wǎng)絡(luò)訪問該記錄,從而在每個(gè)階段幫助醫(yī)療決策者,從急救人員到救護(hù)車技術(shù)人員再到急診室醫(yī)生。來源:哈佛大學(xué)

護(hù)理阿爾茨海默癥

西北大學(xué)化學(xué)家Richard van Duyne 和神經(jīng)生物學(xué)家 William Klein 的傳感器研究可能會(huì)使阿爾茨海默病患者受益。Van Duyne的研究小組利用表面等離子體共振來檢測(cè)分子附著時(shí)傳感器電子特性的微小位移。

通過微調(diào)傳感器的表面化學(xué)性質(zhì),可以研究不同分子的附著特性??巳R因有一個(gè)理論,稱為淀粉樣β衍生擴(kuò)散配體(ADDL)的小蛋白是阿爾茨海默病病理學(xué)的關(guān)鍵因素,因此他與范杜因?qū)嶒?yàn)室的研究人員合作開發(fā)了PSPR傳感器,用于監(jiān)測(cè)ADDL與其抗體的結(jié)合。

傳感器應(yīng)用:安全與安保

家用煙霧和一氧化碳探測(cè)器很常見;運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)器觸發(fā)泛光燈照亮車道和停車場(chǎng);金屬探測(cè)器和生物危害監(jiān)測(cè)器守衛(wèi)著港口和交通樞紐。泄漏傳感器保護(hù)工廠工人免受危險(xiǎn)化學(xué)品的傷害。

我們的家庭、公共空間和工作場(chǎng)所的安全取決于快速感知危險(xiǎn)并及時(shí)發(fā)出警告。在國家科學(xué)基金會(huì)資助下開發(fā)的新傳感技術(shù),以及從分布式傳感器系統(tǒng)收集和處理數(shù)據(jù)的新方法,支持國家努力提高可靠和準(zhǔn)確評(píng)估威脅安全狀況的能力。

納米技術(shù)傳感器

在西北大學(xué)納米尺度科學(xué)與工程中心(NSEC)的集成納米圖案化和檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域,化學(xué)家兼中心主任查德·米爾金(Chad Mirkin)使用蘸筆光刻技術(shù)在硅襯底上沉積“鎖定”生物分子。Mirkin和他的同事們只寫了幾納米寬的分子圖案,然后將修飾過的基底暴露在含有“關(guān)鍵”分子的溶液中。他們能夠觀察到兩者之間的結(jié)合,既具有高度的敏感性,又具有高度的特異性。

傳感器能夠檢測(cè)微小的有害物質(zhì)。同樣的傳感器框架也可以通過改變分子“墨水”來適應(yīng),而分子“墨水”的模式是電子技術(shù)學(xué)家對(duì)傳感器發(fā)展的看法。

人造鼻

Nate Lewis的工作展示了一種不同于感知化學(xué)或生物制劑的方法。Lewis的技術(shù)使用了一組傳感器,每一個(gè)傳感器都感測(cè)的不是一個(gè)高度特異的分子,而是一組相關(guān)的化合物。

他利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將來自幾個(gè)不同傳感器的信號(hào)進(jìn)行融合,并將結(jié)果與已知的反應(yīng)進(jìn)行比較,從而創(chuàng)造出一種可以嗅出微量各種化學(xué)物質(zhì)的人工鼻

掌上實(shí)驗(yàn)室

無線集成微系統(tǒng)中心(WIMS)是美國國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)的一個(gè)工程研究中心,由微電子機(jī)械系統(tǒng)(microelectromechanical systems)先驅(qū)肯索爾·懷斯(Kensall Wise)領(lǐng)導(dǎo),該中心正在整合制造可聯(lián)網(wǎng)、手表大小的化學(xué)分析儀所需的所有部件。來自密歇根大學(xué)、密歇根理工大學(xué)和密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家和工程師參與了該項(xiàng)目,為微型儀器設(shè)計(jì)傳感器、泵、低功耗微處理器和射頻組件。

雖然WIMS的工作最終將成為許多不同類型傳感器和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的一部分,但他們目前的工作集中在兩個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目上:耳蝸植入和環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

來自密歇根大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院的特德·澤勒(TedZellers)領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)團(tuán)隊(duì),該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了監(jiān)控試驗(yàn)臺(tái),這是一種微尺度色譜儀,可以在國土安全應(yīng)用或工業(yè)過程控制中同等有效地檢測(cè)有害氣體。

為了將化學(xué)分析的工作量縮小到1立方厘米,Zellers、Wise和他們的學(xué)生將一米長、100微米寬的色譜柱包裹成緊密的螺旋結(jié)構(gòu)。他們?cè)O(shè)計(jì)和制造了微型泵、閥門和噴射器,以捕獲樣品氣體并通過儀器進(jìn)行運(yùn)輸。

他們構(gòu)建的電子電路可以從電池中產(chǎn)生所有必要的電壓,并通過集成的微機(jī)械天線和射頻電路傳輸數(shù)據(jù)。在不影響性能的情況下,盡可能將尺寸和功耗降至最低。

6cc86ec0-2530-11ef-9e8e-92fbcf53809c.png

▲這張電子顯微照片顯示了刻蝕在晶圓上的一米長毛細(xì)管的中心。在氣相色譜中,不同的氣體在穿過長而窄的毛細(xì)管柱時(shí)會(huì)分離。來源:密歇根大學(xué)NSF無線集成微系統(tǒng)工程研究中心

結(jié)語

這是一篇NSF發(fā)表于2004年的報(bào)告,名為“傳感器革命”可見NSF以及美國對(duì)傳感器產(chǎn)業(yè)的重視。雖然這是一篇非?!肮爬稀钡膬?nèi)容,發(fā)表于20年前,但我們?nèi)泽@訝于美國對(duì)傳感器的重視,以及內(nèi)容中對(duì)傳感器技術(shù)的前瞻性。

在過去的幾十年里,美國國家科學(xué)基金會(huì)一直在支持美國傳感器的基礎(chǔ)研究工作,持續(xù)至今,奠定了美國傳感器技術(shù)領(lǐng)先世界的實(shí)力,同時(shí)其傳感器產(chǎn)業(yè)也占據(jù)全球最大份額。

本文通過一個(gè)個(gè)例子,介紹傳感器在社會(huì)中的應(yīng)用,似乎遠(yuǎn)比講一些空洞的“傳感器很重要”之類的話更加直觀,更能感受傳感器重要性,美國稱之為“傳感器革命”。

十幾年過去,即使今天看來,文中的許多傳感器應(yīng)用和技術(shù)開發(fā),依然非常前沿且應(yīng)用場(chǎng)景上極具想象空間。

這為我們敲響了警鐘,對(duì)比美國對(duì)傳感器的重視程度,我們對(duì)傳感器的重視還嚴(yán)重不足!中國的傳感器革命什么時(shí)候到來?

如需《傳感器革命》(The Sensor Revolution)PDF原文檔(英文),可在傳感器專家網(wǎng)公眾號(hào)對(duì)話框回復(fù)關(guān)鍵詞【傳感器革命】獲取下載鏈接。

審核編輯 黃宇

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 傳感器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    2551

    文章

    51134

    瀏覽量

    753890
  • NSF
    NSF
    +關(guān)注

    關(guān)注

    0

    文章

    9

    瀏覽量

    7223
收藏 人收藏

    評(píng)論

    相關(guān)推薦

    聯(lián)想旗下基金領(lǐng)投,圖像傳感器芯片企業(yè)創(chuàng)視半導(dǎo)體完成A輪數(shù)億元融資

    CMOS圖像傳感器芯片研發(fā)商創(chuàng)視半導(dǎo)體(CVSENS)宣布完成A輪數(shù)億元融資,此次融資由瀚聯(lián)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)基金領(lǐng)投,并與浙江大學(xué)教育基金會(huì)與上海
    的頭像 發(fā)表于 11-08 18:39 ?574次閱讀

    長光辰芯發(fā)布級(jí)像素CMOS圖像傳感器GMAX64104

    近日,長光辰芯科技有限公司正式發(fā)布了其最新研發(fā)的GMAX64104 CMOS圖像傳感器,這款傳感器以其前所未有的大靶面與級(jí)像素分辨率,在行
    的頭像 發(fā)表于 09-05 16:30 ?537次閱讀

    96輪,上海一家傳感器芯片公司完成數(shù)億元融資,某國家級(jí)產(chǎn)業(yè)基金入股

    ? ? 據(jù)傳感器專家網(wǎng)獲悉,近日, 全球CMOS毫米波雷達(dá)SoC芯片領(lǐng)軍者“加特蘭”宣布完成數(shù)人民幣的D輪融資 ,本輪融資 由某國家級(jí)產(chǎn)業(yè)基金、國鑫創(chuàng)投、福創(chuàng)投、國投招商、華登國際等
    的頭像 發(fā)表于 07-03 08:43 ?355次閱讀
    9<b class='flag-5'>年</b>6輪,上海一家<b class='flag-5'>傳感器</b>芯片公司完成數(shù)<b class='flag-5'>億元</b>融資,某<b class='flag-5'>國家</b>級(jí)產(chǎn)業(yè)<b class='flag-5'>基金</b>入股

    1.8億元!保隆科技獲得帶溫度傳感器線束全球項(xiàng)目定點(diǎn)

    保隆科技日前獲得全球著名汽車零部件企業(yè)帶溫度傳感器線束的全球項(xiàng)目定點(diǎn)。該定點(diǎn)生命周期總金額1.8億元人民幣,根據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃,量產(chǎn)時(shí)間為2026第二季度。 據(jù)了解,帶溫度傳感器線束是一款
    的頭像 發(fā)表于 06-21 19:15 ?819次閱讀

    背靠比亞迪,陶瓷傳感器隱形冠軍安培龍營收逆勢(shì)增長近20%

    5月10日,國內(nèi)知名傳感器廠商安培龍發(fā)布投資者關(guān)系活動(dòng)記錄表,公司于20245月10日接受19家機(jī)構(gòu)調(diào)研,機(jī)構(gòu)類型為基金公司、證券公司、陽光私募機(jī)構(gòu)。? 公開資料顯示,安培龍是一家專
    的頭像 發(fā)表于 05-14 18:38 ?1029次閱讀
    背靠比亞迪,陶瓷<b class='flag-5'>傳感器</b>隱形冠軍安培龍營收逆勢(shì)增長近<b class='flag-5'>20</b>%

    傳感器分類及20種常見傳感器

    、熱量、比熱;光: 2. 按工作的物理基礎(chǔ)分類: 機(jī)械式,電氣式,光學(xué)式,流體式等。 ? 以下是20種常見的傳感器,它們?cè)谖覀兊娜粘I钪袕V泛應(yīng)用: 溫度傳感器(Temperature Sensor): 用于測(cè)量溫度,如恒溫
    的頭像 發(fā)表于 03-27 08:38 ?2782次閱讀

    1750億元,剛剛,他再次成為全球傳感器首富!

    4500億元成為中國首富。榜單中,AI產(chǎn)業(yè)大爆發(fā),一半以上新增財(cái)富來自于AI。美國增加最多,增加了109位,達(dá)到800位。中國減少155位,至814位,仍然位居世界第一。 ? 值得一提的是,全球傳感器產(chǎn)業(yè)方面,來自日本的知名
    的頭像 發(fā)表于 03-26 08:43 ?374次閱讀
    1750<b class='flag-5'>億元</b>,剛剛,他再次成為全球<b class='flag-5'>傳感器</b>首富!

    300億元+3500萬股票,中國傳感器首富辦大學(xué),船王包玉剛是同村人!

    ,寧波東方理工大學(xué)(暫名)宣布開工,寧波市政府出資160億元選定校址并規(guī)劃用地總規(guī)模約2300畝(約150萬平方米), 寧波虞仁榮教育基金會(huì)將投資100億元用于大學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),另外投入200
    的頭像 發(fā)表于 03-21 08:42 ?320次閱讀
    300<b class='flag-5'>億元</b>+3500萬股票,中國<b class='flag-5'>傳感器</b>首富辦大學(xué),船王包玉剛是同村人!

    深耕智能MEMS傳感器市場(chǎng),智芯傳感完成近億元B輪融資

    ? 近日,京津冀國家技術(shù)創(chuàng)新中心培育的高科技企業(yè)智芯傳感完成近億元 B 輪融資,本輪融資由廣發(fā)信德、皓海資本以及老股東必創(chuàng)科技共同投資。 ? 北京智芯傳感科技有限公司成立于 2018
    的頭像 發(fā)表于 02-25 11:32 ?495次閱讀

    虧損超22億元?國內(nèi)規(guī)模最大的MEMS傳感器芯片代工企業(yè)今日發(fā)布業(yè)績預(yù)告!營收或超53億元!

    據(jù)傳感器專家網(wǎng)獲悉,今日(1月31日),國內(nèi)規(guī)模最大的 MEMS 傳感器芯片代工企業(yè)——芯聯(lián)集成電路制造股份有限公司(下文簡(jiǎn)稱“芯聯(lián)集成”)發(fā)布業(yè)績預(yù)告: 預(yù)計(jì) 2023 年度營業(yè)收入約為
    的頭像 發(fā)表于 02-20 08:39 ?323次閱讀
    虧損超22<b class='flag-5'>億元</b>?國內(nèi)規(guī)模最大的MEMS<b class='flag-5'>傳感器</b>芯片代工企業(yè)今日<b class='flag-5'>發(fā)布</b>業(yè)績預(yù)告!營收或超53<b class='flag-5'>億元</b>!

    9.68美元!2024,美國重金押注這個(gè)前沿傳感器!中國應(yīng)警惕落后悲劇重現(xiàn)!

    、量子網(wǎng)絡(luò)等5部分,參與該研發(fā)計(jì)劃的部門包括美國國家科學(xué)基金會(huì)、國防部、能源部等眾多機(jī)構(gòu),從報(bào)告中看到,美國對(duì)量子傳感技術(shù)的預(yù)算撥款與量子計(jì)
    的頭像 發(fā)表于 01-25 18:28 ?972次閱讀
    9.68<b class='flag-5'>億</b>美元!2024,<b class='flag-5'>美國</b>重金押注這個(gè)前沿<b class='flag-5'>傳感器</b>!中國應(yīng)警惕落后悲劇重現(xiàn)!

    行業(yè)領(lǐng)先的高端傳感器及測(cè)控系統(tǒng):乃爾電子戰(zhàn)略融資近2億元

    近日,行業(yè)領(lǐng)先的高端傳感器及測(cè)控系統(tǒng)研發(fā)商:乃爾電子完成近2人民幣戰(zhàn)略融資。本輪投資方為上海航空產(chǎn)業(yè)基金(海望資本)、航發(fā)基金、深圳高新投
    的頭像 發(fā)表于 01-17 18:00 ?617次閱讀

    3324.9億元增長18%!國產(chǎn)傳感器炙手可熱!2024有什么趨勢(shì)?(7大預(yù)測(cè))

    在過去的2023,國產(chǎn)傳感器產(chǎn)業(yè)迎來“夏天”,保持快速發(fā)展。 ? 早在2021,國家發(fā)布“十四五”規(guī)劃,在這份事關(guān)中國未來5
    的頭像 發(fā)表于 01-17 16:46 ?1656次閱讀
    3324.9<b class='flag-5'>億元</b>增長18%!國產(chǎn)<b class='flag-5'>傳感器</b>炙手可熱!2024有什么趨勢(shì)?(7大預(yù)測(cè))

    ?總投資約30億元,浙江富樂德傳感器項(xiàng)目奠基

    202312月31日,浙江富樂德信息技術(shù)有限公司傳感器項(xiàng)目奠基。 該項(xiàng)目作為富樂德集團(tuán)傳感器事業(yè)的戰(zhàn)略投資,總投資約30億元,規(guī)劃總用地面積約8萬平方米,規(guī)劃建筑面積約12.44萬平
    的頭像 發(fā)表于 01-05 14:37 ?657次閱讀
    ?總投資約30<b class='flag-5'>億元</b>,浙江富樂德<b class='flag-5'>傳感器</b>項(xiàng)目奠基

    總投資20億元!日本RS科技株式會(huì)社車載傳感器項(xiàng)目落地中國煙臺(tái)

    202312月29日,日本RS科技株式會(huì)社的車載傳感器項(xiàng)目簽約落地?zé)熍_(tái)黃渤海新區(qū)。 黃渤海新區(qū)消息顯示,項(xiàng)目計(jì)劃總投資20億元,主要從事車載傳感器
    的頭像 發(fā)表于 01-04 08:44 ?696次閱讀
    總投資<b class='flag-5'>20</b><b class='flag-5'>億元</b>!日本RS科技株式會(huì)社車載<b class='flag-5'>傳感器</b>項(xiàng)目落地中國煙臺(tái)