可貼式皮膚傳感器
2016年這八大新型傳感器技術(shù)最受矚目
發(fā)布時(shí)間:2016-12-22 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】隨著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(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(shù)研發(fā)微型智能化傳感器,從而有利于復(fù)雜系統(tǒng)的集成;有的利用高精度的激光技術(shù)創(chuàng)造激光雷達(dá),從而利于系統(tǒng)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點(diǎn)下2016年熱門的新型傳感器技術(shù)。
隨著現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展,傳感技術(shù)作為一種與現(xiàn)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(yī)療診斷等學(xué)科被越來越廣泛地利用,同時(shí)對各學(xué)科發(fā)展還有促進(jìn)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(zhuǎn)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(dāng)今世界正面 臨一場新的技術(shù)革命,這場革命的主要基礎(chǔ)是信息技術(shù),而傳感器技術(shù)被認(rèn)為是信息技術(shù)三大支柱之一。一些發(fā)達(dá)國家都把傳感器技術(shù)列為與通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(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(shí)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(shè)備上配有的相機(jī)、激光傳感器、方向傳感器等,必要時(shí)可以摘取下來,用來給一些目標(biāo)物體進(jìn)行定位,如一些軍用無人機(jī)、軍用飛機(jī)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(duì)迅速收到該目標(biāo)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(xì)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(xì)線代替毛發(fā),他們在硅脂橡膠中嵌入一排細(xì)微電線,這排電線的作用就是給人造皮膚帶來外界信息。
當(dāng)然,這種電線并不會像真實(shí)的毛發(fā)那樣感覺壓力或運(yùn)動(dòng)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(gè)小型磁場。當(dāng)一個(gè)或者多個(gè)電線被移動(dòng)時(shí),其周圍磁場就會發(fā)生相應(yīng)變化。研究人員發(fā)現(xiàn),這種設(shè)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(fēng)。
研究人員指出,創(chuàng)新的關(guān)鍵在于所選擇的電線材質(zhì)。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(tuán)隊(duì)使用由導(dǎo)電鈷合金制成的玻璃包線。這種材質(zhì)的電線韌性較高,能夠隨意打結(jié)且不會斷裂。該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,這種材料的耐用性和經(jīng)濟(jì)性足以使其能夠在現(xiàn)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(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(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上傳到智能手機(jī)上的App上,方便患者隨時(shí)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(jī)App以及云盤中。當(dāng)足部出現(xiàn)損傷時(shí),襪子可以檢測到高溫差,然后App會發(fā)出警報(bào),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(shè)備,但不需要經(jīng)常充電。每個(gè)襪子的內(nèi)置電池都充滿電量,可以使用六個(gè)月。
貼紙傳感器
據(jù)報(bào)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(yīng)用包括診斷病情、操縱機(jī)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(dá)90%。
據(jù)悉,這種新型傳感器類似于一個(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(jī)電系統(tǒng)(MEMS)加速度計(jì),被包裹在具有黏性的彈性硅膠中,穿戴性很強(qiáng)。
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)家通過對熒光素酶這種生物酶進(jìn)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(luò)的內(nèi)部互動(dòng)情況。
研究小組領(lǐng)頭人Carl Johnson教授說:“長期以來,神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)家依靠電訊號紀(jì)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(shù)百個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。”
可貼式皮膚傳感器
據(jù)報(bào)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(shè)備,能監(jiān)測人體活動(dòng)量、心跳次數(shù)以及紫外線強(qiáng)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,可貼式皮膚傳感器以最新開發(fā)的印刷技術(shù)印制在薄薄的塑料膜上,與以往半導(dǎo)體傳感器制造技術(shù)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(shè)計(jì)為可重復(fù)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(guān)物質(zhì)及醫(yī)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(lán)綠藻的能力備受關(guān)注。11月24,東京農(nóng)工大學(xué)宣布,其通過對源自藍(lán)綠藻的光傳感器蛋白質(zhì)實(shí)施改造,成功開發(fā)出了以紅色光誘導(dǎo)基因表達(dá)的“人工光傳感器”。
此次研究成果以利用DNA重組技術(shù)設(shè)計(jì)、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(chǔ)。通過將此次獲得成功的、使利用光的基因表達(dá)控制功能發(fā)生改變的技術(shù)應(yīng)用到藍(lán)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(shù)據(jù)的最前哨,在醫(yī)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(yīng)用在了康復(fù)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(qiáng),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(shù)據(jù)通過濾波轉(zhuǎn)化為清晰波形,然后通過處理波形應(yīng)用到康復(fù)、健身、VRAR等領(lǐng)域,目前已經(jīng)通過國家二類醫(yī)療器械質(zhì)量檢測。
總結(jié)
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(jìn)逐步走向自主設(shè)計(jì)、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(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(guī)?;芰Φ停鄙冽堫^企業(yè),對新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用的敏感度低。
我國傳感器要提高競爭力還是應(yīng)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(chǔ)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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