傳感器的發(fā)展方向淺析

      在工業(yè)圈中，人們將傳感器稱(chēng)為“工業(yè)工藝品”或者“電五官”。這是因?yàn)閭鞲衅髯鳛橐环N檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。隨著傳感器，以及與之相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、儲(chǔ)能、新材料、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)備等軟硬件技術(shù)的發(fā)展，還有成本的持續(xù)下降，傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景將變得越來(lái)越豐富。

　　2023年，傳感器更伴隨著這些技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步改變我們的生活，同時(shí)傳感器本身也面臨新的發(fā)展需求。未來(lái)，傳感器將變得更小、更便宜、更準(zhǔn)確、更靈活、更節(jié)能、更環(huán)保，能夠收集更多類(lèi)型的數(shù)據(jù)，并集成越來(lái)越多的新技術(shù)。

　　1.更小，更便宜

　　隨著各種新平臺(tái)和新材料的應(yīng)用，制造商可以制造更小的傳感器，其性能可以與毫米級(jí)和微波級(jí)的電子元器件一樣高，并且隨著更少的硅的應(yīng)用，成本將大幅降低。同時(shí)，新平臺(tái)還會(huì)降低傳感器的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和制造成本。

　　從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，可自我校準(zhǔn)的傳感器具有非常高的成本效益。通過(guò)自動(dòng)校準(zhǔn)，可以減少傳感器的維護(hù)次數(shù)和時(shí)間，并大幅降低維護(hù)成本。另外，可自我修復(fù)的傳感器將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用范圍，并使維護(hù)成本更低，特別是在發(fā)生各種災(zāi)難和風(fēng)險(xiǎn)時(shí)將大有用處。

　　2.更高的準(zhǔn)確性

　　目前，多通道協(xié)作頻譜感知的研究還處于初期階段。未來(lái)，一旦技術(shù)成熟，它將比現(xiàn)在的單通道傳感器提供更精確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

　　更準(zhǔn)確、更可靠和可復(fù)制的傳感器將在醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域擁有更多的應(yīng)用場(chǎng)景，其實(shí)現(xiàn)的功能也更加強(qiáng)大。

　　3.更靈活且更柔性

　　柔性傳感器是未來(lái)傳感器發(fā)展的一個(gè)重要方向。目前，柔性光傳感器、PH傳感器、離子傳感器和生物傳感器仍處在早期開(kāi)發(fā)階段。在未來(lái)，這些柔性傳感器將擁有更多創(chuàng)新應(yīng)用，如人造皮膚、可穿戴傳感器和微動(dòng)傳感。

　　通過(guò)微線(xiàn)技術(shù)和磁場(chǎng)，傳感器可以像頭發(fā)絲一樣纖細(xì)，而又具有彈性，不需要電源，可以無(wú)接觸地測(cè)量溫度、壓力、拉力、應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)和位置。

　　4.更好的感知與更多的數(shù)據(jù)

　　未來(lái)的傳感器將更有效地模仿人類(lèi)的感官，來(lái)檢測(cè)、處理和分析復(fù)雜的信號(hào)，如生物危害、氣味、材料壓力、病原體和腐蝕等。例如，這些先進(jìn)的傳感器不僅僅能夠感知大量的單一分析物(例如二氧化碳)，還可以破解氣味中的每個(gè)組成部分。

　　此外，智能微塵是由振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的微觀傳感器，可以監(jiān)控戰(zhàn)場(chǎng)、高層建筑或動(dòng)脈堵塞等各種情況。

　　5.更節(jié)能

　　當(dāng)前，大多數(shù)傳感器并不是很節(jié)能，因?yàn)槠涫冀K處于開(kāi)啟狀態(tài)。未來(lái)，傳感器將變得更智能，并由特定條件驅(qū)動(dòng)，只有當(dāng)達(dá)到某個(gè)條件時(shí)才能被激活，而當(dāng)它們處于待機(jī)模式時(shí)，幾乎沒(méi)有功耗。

　　此外，傳感器還可以從周?chē)h(huán)境中獲取能量，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)久的運(yùn)行。例如運(yùn)動(dòng)、壓力、光線(xiàn)，或患者身體與周?chē)諝獾臒崃坎町惖榷伎梢猿蔀閭鞲衅鞯哪芰縼?lái)源。

　　6.更環(huán)保

　　在未來(lái)，環(huán)境友好型和可生物降解的傳感器將日益受到歡迎。

　　例如，傳感器可以采用由細(xì)菌驅(qū)動(dòng)的，可降解的紙基電池，此類(lèi)傳感器可用于農(nóng)田管理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品流通監(jiān)測(cè)或醫(yī)療檢測(cè)等領(lǐng)域，而不會(huì)污染環(huán)境。

　　7.更高的復(fù)雜性和更好的兼容性

　　通過(guò)協(xié)調(diào)工作，傳感器將獲得額外的復(fù)雜性。傳感器集群可以更好地協(xié)調(diào)傳感器之間的工作，并通過(guò)自主學(xué)習(xí)系統(tǒng)來(lái)確定工作內(nèi)容和位置。

　　此外，各種新技術(shù)的采用，也將使傳感器變得更加多樣化。例如，通過(guò)激光技術(shù)，傳感器可以通過(guò)物質(zhì)獨(dú)特的光譜識(shí)別出物質(zhì)組成;飛行時(shí)間傳感器可通過(guò)紅外光脈沖測(cè)量?jī)蓚€(gè)物體之間的距離;由晶體、特殊陶瓷、骨骼、DNA、蛋白質(zhì)等材料制造的壓電傳感器可以更好地對(duì)外部壓力和潛熱進(jìn)行響應(yīng)。

　　在未來(lái)，各種基礎(chǔ)科學(xué)的進(jìn)步將進(jìn)一步推動(dòng)傳感器技術(shù)的快速進(jìn)化。傳感器將變得更加小型化、人性化，人機(jī)交互更加友好;同時(shí)，它們將變得更加隱形，更加不易察覺(jué)。隨著傳感器更加深入地融入我們的日常生活，以及與AI等新技術(shù)的融合，在未來(lái)的互聯(lián)互通和自動(dòng)化的世界中，傳感器將使我們的生活更加美好。