本文翻譯自《傳感器革命》（The Sensor Revolution），由美國國家科學(xué)基金會(huì )（簡(jiǎn)稱(chēng)NSF）作為特別報告發(fā)布。NSF是美國獨立的聯(lián)邦機構，相當于中國國家自然科學(xué)基金委員會(huì )，擔負著(zhù)促進(jìn)國家科學(xué)進(jìn)步的責任，其委員由美國總統直接任命。
同時(shí)，NSF是美國大學(xué)、機構和智庫基礎研究的最大資金來(lái)源之一，因此NSF影響著(zhù)美國基礎科學(xué)的研究動(dòng)向。
這是一篇NSF發(fā)表于2004年的報告，名為傳感器革命可見(jiàn)NSF以及美國對傳感器產(chǎn)業(yè)的重視。雖然這是一篇非常古老的內容，發(fā)表于18年前，但我們仍驚訝于美國對傳感器的重視，以及內容中對傳感器技術(shù)的前瞻性。
美國今天能在全球傳感器產(chǎn)業(yè)中占據最高份額，與其高度重視不無(wú)相關(guān)。我們今天仍未對傳感器的關(guān)鍵作用有清醒的認識，沒(méi)有足夠的重視，這為我們敲響警鐘。看看這篇18年前的古老內容都寫(xiě)了什么吧！
概述
在20世紀80年代，個(gè)人電腦革命將計算機置于我們的指尖。20世紀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。
現在，下一場(chǎng)革命是將互聯(lián)網(wǎng)連接回現實(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，我們稱(chēng)之為傳感器革命：大量的設備以我們幾乎無(wú)法想象的方式監控我們周?chē)沫h(huán)境，其中一些現在已經(jīng)實(shí)現，其他的也將實(shí)現。
環(huán)境與民用基礎設施
無(wú)線(xiàn)濕度傳感器網(wǎng)絡(luò )監測偏遠森林的火災危險，硝酸鹽傳感器探測河流、溪流和井中的農業(yè)污染，而分布式地震傳感器為地震提供預警系統。同時(shí)，內置應力傳感器報告橋梁、建筑物和道路以及其他人造建筑物的結構完整性。
工商業(yè)
在工廠(chǎng)地面上，聯(lián)網(wǎng)的振動(dòng)傳感器警報機器軸承開(kāi)始出現故障，安排工人夜間維護，防止損失巨大的突然停機。在冷藏雜貨車(chē)內，溫度和濕度傳感器監測單個(gè)容器，減少易碎魚(yú)類(lèi)或農產(chǎn)品的變質(zhì)。
健康
嵌入衣服中的傳感器與其他體內傳感器聯(lián)網(wǎng)，持續監測我們的生命體征。對于即將發(fā)作的心臟病或危險的高血壓疾病，需要進(jìn)行早期醫療干預。糖尿病患者血糖水平的飆升，由微型傳感器持續監測，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
消防隊員將無(wú)線(xiàn)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 )。醫院、郵局和運輸中心的微型化學(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的跡象時(shí)，就會(huì )發(fā)出警報。
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)）并將其轉換為特定信號的設備。
傳感器已經(jīng)存在很長(cháng)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——溫度傳感器是16世紀末伽利略等人開(kāi)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——壓力傳感器。
最近，科學(xué)家和工程師們發(fā)明了用于感應光（光電管）、聲音（麥克風(fēng)）、地面振動(dòng)（地震計）和力（加速度計）的設備，以及用于磁場(chǎng)和電場(chǎng)、輻射、應變、酸度和許多其他現象的傳感器。
從我們在機場(chǎng)通過(guò)的金屬探測器到保護我們家園的煙霧探測器，我們的現代文明完全依賴(lài)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)徹底改變世界的計算機、電子通信以及生物技術(shù)行業(yè)的趨勢，正在傳感器上展現：
1、更?。?/span>
納米技術(shù)和微機電系統（MEMS）等領(lǐng)域的快速發(fā)展促進(jìn)了傳統傳感器的微型化，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)家內森·S·劉易斯（Nathan S. Lewis）及其同事開(kāi)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(guò)其納米技術(shù)優(yōu)先領(lǐng)域資助的許多項目中，以及XYZ芯片項目等，還可以找到其他類(lèi)似項目。
2、更智能：
微電子技術(shù)的能力呈指數級增長(cháng)，使得制造具有內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數據和處理數據，只選擇最相關(guān)和最關(guān)鍵的信息進(jìn)行報告。
3、移動(dòng)化程度更高：
無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的迅速普及增強了聯(lián)系，如今，許多傳感器從遠方發(fā)回數據，無(wú)論它們正在進(jìn)行什么運動(dòng)。
然而，隨著(zhù)這些力量的匯聚，傳感器對研究人員和社會(huì )都提出了嚴峻的新挑戰。
傳感器技術(shù)：野外生存
下一代傳感器需要由堅固的材料制成。畢竟，許多潛在應用場(chǎng)景需要大量的傳感器，這些傳感器分散在廣泛的目標區域內，因此不可能單獨使用。
同時(shí)，這些設備必須在沒(méi)有電源插座、沒(méi)有寬帶電纜連接、沒(méi)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，需要一次獨立運行數天、數周或數月。
這就帶來(lái)了一些令人棘手的工程挑戰，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?xún)H靠最微弱的電能工作。
傳感器只需要偶爾醒來(lái)一小段時(shí)間，就可以快速讀取儀器數據，如果需要的話(huà)，還可以回傳一些數據。
▲這種智能塵埃微塵是一種檢測環(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(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)（十字）（來(lái)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)挑戰是將這些信息帶回總部。在沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)的野外，最新的傳感器可以通過(guò)有效的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)將數據從一個(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(tīng)起來(lái)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據速率。更糟糕的是，如果傳感器連接到車(chē)輛或動(dòng)物上，它們將經(jīng)常需要四處移動(dòng)，并且有嚴重的環(huán)境噪聲干擾。
這就是為什么許多工程師都在強調自組織網(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(méi)有人工干預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(kāi)，傳感器將自動(dòng)尋找新的鏈接來(lái)替換它們。
此外，還有社會(huì )倫理方面的挑戰。例如，起到隱私保護的最佳方式是什么，這樣新一代傳感器就不會(huì )成為不良分子的工具？如何建立同樣強大的安全保障措施，使黑客無(wú)法竊聽(tīng)無(wú)線(xiàn)數據流？
▲一枚普通的硬幣顯示了一個(gè)智能塵埃的大?。阂粋€(gè)檢測環(huán)境光和加速度的傳感器，并集成了一個(gè)用于通信的微型無(wú)線(xiàn)電天線(xiàn)。來(lái)源：加州大學(xué)伯克利分校傳感器和致動(dòng)器中心
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的方法，并尋求獲得其他機構和行業(yè)研究人員的支持。
盡管如此，已經(jīng)有許多傳感器技術(shù)支持大量應用。請繼續閱讀環(huán)境與民用基礎設施、工業(yè)與商業(yè)、健康與安全與安保方面的更多例子。
傳感器應用：環(huán)境和民用基礎設施
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、公路和其他結構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(lèi)似的極端條件或更糟的情況。NSF資助的研究人員正在開(kāi)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方面努力工作，設計和部署傳感器網(wǎng)絡(luò )，為民用和環(huán)境監測帶來(lái)前所未有的細致數據。
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 監測加利福尼亞州圣哈辛托山脈的脆弱生態(tài)系統。
通過(guò)將固定數據采集站和移動(dòng)信息機械系統聯(lián)網(wǎng)的方式，Kaiser 的研究小組正在密切關(guān)注詹姆斯保護區（James Reserve），該保護區是50種瀕危物種的家園。
▲在華盛頓州，一個(gè)機器人傳感器組件懸掛在兩個(gè)樹(shù)梢之間。該儀器可以沿電纜上下移動(dòng)，提供圖像和精確的當地氣候數據。來(lái)源：加州大學(xué)洛杉磯分校嵌入式網(wǎng)絡(luò )傳感中心
該組織的移動(dòng)設備沿著(zhù)從一棵樹(shù)到另一棵樹(shù)的導線(xiàn)移動(dòng)，部署傳感器，在森林地面以上不同高度測量溫度、濕度和光照水平。這些設備由太陽(yáng)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(guò)一個(gè)個(gè)節點(diǎn)傳遞數據。
該中心主任黛布拉·埃斯特林（DebraEstrin）和她的同事開(kāi)發(fā)了協(xié)議和數據管理技術(shù)，使這種特殊的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，能夠在功率限制、不穩定的傳輸環(huán)境和不斷變化的節點(diǎn)數量等阻礙傳統網(wǎng)絡(luò )傳輸的情況下運行。
這些類(lèi)似的傳感器網(wǎng)絡(luò )也被用于其他CENS項目，例如監測鳥(niǎo)類(lèi)的筑巢棲息地，跟蹤農場(chǎng)通過(guò)沉積區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 )，他們必須調整自己的技術(shù)以應對一系列新的挑戰。
大樓的17層鋼框架對傳感器的無(wú)線(xiàn)傳輸網(wǎng)絡(luò )造成嚴重破壞。（想象一下在電梯里使用手機。）他們?yōu)樵摻Y構的可靠運行而開(kāi)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變和振動(dòng)傳感器收集數據，這是一種稱(chēng)為結構健康監測的應用。
▲新墨西哥州阿爾伯克基市外的里奧普爾科大橋是用嵌入式光纖傳感器建造的，用于監測和磨損。
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）等土木工程師預計，有一天，嵌入在橋梁和道路上的傳感器，會(huì )在人類(lèi)檢測人員發(fā)現異常磨損之前，定期報告其健康情況。與人類(lèi)醫療保健一樣，早期發(fā)現結構性健康問(wèn)題可以進(jìn)行早期干預，最終節省資金，延長(cháng)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號公路上一座20世紀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)研究人員提供連續的數據流，記錄橋梁對交通、天氣和時(shí)間破壞的情況。
新墨西哥團隊對阿爾伯克基附近的新里約熱內盧-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計，在其橫梁上安裝了大量傳感器。
團隊將橋梁使用期間從內部傳感器獲取的數據，與標準檢測技術(shù)獲取的信息進(jìn)行比較，將有助于他們制定更有效的監測和維護程序。
傳感器應用：工商業(yè)
從盤(pán)式制動(dòng)器到磁盤(pán)驅動(dòng)器，美國工業(yè)依賴(lài)其產(chǎn)品和工廠(chǎng)中的傳感器。通過(guò)采用新的傳感器技術(shù)，制造商可以為其產(chǎn)品帶來(lái)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(guò)提高產(chǎn)品質(zhì)量和減少停機時(shí)間，幫助保持美國工業(yè)的競爭力。
道路上的傳感器
在今天的汽車(chē)中，轉速傳感器將四個(gè)車(chē)輪的數據傳送到防抱死剎車(chē)系統（ABS）和牽引力控制系統。
燃燒和抗爆傳感器可幫助發(fā)動(dòng)機計算調整燃油混合物，即使負載和條件發(fā)生變化，也能實(shí)現高效、清潔的燃燒效果。
碰撞感應加速計可以微妙地分析碰撞的真實(shí)性，使汽車(chē)的安全氣囊能夠以最小的沖擊力釋放。
▲安全氣囊展開(kāi)由精確但廉價(jià)的加速計控制，加速計是一種檢測突然碰撞的傳感器。這些器件是應用最廣泛的微機電系統（MEMS）中的一個(gè)領(lǐng)域。來(lái)源：美國公路安全保險協(xié)會(huì )
在過(guò)去幾年中，每輛車(chē)的傳感設備數量翻了一番，并且隨著(zhù)復雜但廉價(jià)的傳感器越來(lái)越普及，傳感器數量也在不斷增加。
韋恩州立大學(xué)（WayneStateUniversity）的Le YiWang等工程師幫助汽車(chē)設計師優(yōu)化傳感器數據。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)機和動(dòng)力系統，即使單個(gè)傳感器提供的數據不完善。
遠處的庫存
射頻識別（RFID）是發(fā)展最快的傳感器技術(shù)。RFID系統將電磁感應與無(wú)線(xiàn)電通信相結合。RFID標簽和Interrogators可用于跟蹤倉庫中的庫存或收集移動(dòng)車(chē)輛的通行費。
德州儀器公司（TI）為新的半導體制造線(xiàn)配備射頻發(fā)射器，并在每一個(gè)載波上貼上ID標簽。晶圓流水線(xiàn)完成的每一個(gè)加工步驟現在都可以記錄在中心數據庫中，同時(shí)最大限度地減少人員搬運和相關(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標簽功能的方法。他們預測有一天電子標簽在日常商業(yè)中將取代條形碼。
▲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(lái)源：密歇根大學(xué)NSF無(wú)線(xiàn)集成微系統工程研究中心
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）都有宏偉的計劃。
他們將全球定位系統（GPS）、射頻標簽和超聲波信標相結合，以激活麻省理工學(xué)院校園。他們設想將該系統用于從監測和維護實(shí)體工廠(chǎng)到清點(diǎn)圖書(shū)館資產(chǎn)，再到幫助訪(fǎng)客在校園內找到自己的路等所有方面。
▲綁在跑步者鞋帶上的射頻識別標簽（插圖）準確記錄了每位參賽者穿過(guò)起跑線(xiàn)和終點(diǎn)線(xiàn)的時(shí)間，即使在人群中也是如此。來(lái)源：ChampionChip World
傳感器應用：健康
傳感器在醫療保健和診斷的每個(gè)階段都有應用。
醫生現在正在進(jìn)行臨床測試，這些測試幾年前才被送到實(shí)驗室。檢測結果可以立即獲得，而且成本更低。
無(wú)線(xiàn)可穿戴傳感器可以在家中對老年人或慢性病患者進(jìn)行持續監控。在緊急情況下，即使有多人傷亡，無(wú)線(xiàn)患者監護網(wǎng)絡(luò )仍然可以在急救人員和醫院急診室之間快速準確地傳輸信息。
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)與復雜的物理模型相結合，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(lái)改進(jìn)乳房X光檢查，并通過(guò)對胚胎的內部檢查來(lái)提高體外受精的成功率。它同樣適用于非醫學(xué)問(wèn)題，如地雷探測和珊瑚礁監測。波多黎各大學(xué)馬亞圭茲分校正在研究這一應用程序。
▲一系列微小的金屬針可以抽血用于血糖監測或其他診斷測試，比普通針（顯示為對比信息）疼痛更小，來(lái)源：?jiǎn)讨卫砉W(xué)院
視覺(jué)修復
在韋恩州立大學(xué)，網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)傳感器實(shí)驗室的羅蘭·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。
他們設計的人工視網(wǎng)膜和皮質(zhì)植入物將信號從外部攝像頭傳輸到眼睛的感知神經(jīng)。小組使用視網(wǎng)膜修復術(shù)來(lái)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)膜結構是完好的。
當視網(wǎng)膜本身受損且對電刺激無(wú)反應時(shí)，他們使用皮質(zhì)植入物代替。Schwiebert 正在研究這些系統的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議和電源管理，這些系統不能依賴(lài)內部電源，因為植入的電子設備必須通過(guò)無(wú)線(xiàn)電鏈路與高帶寬視頻數據一起供電。
早期心臟病預防
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備，可以同時(shí)執行四個(gè)單獨的生化分析。通過(guò)同時(shí)測量四個(gè)心臟標記物，他們希望改善對疑似心臟病發(fā)作患者的護理。
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的團隊正在研究用于心率、血壓和溫度的藥丸大小的植入式傳感器。
Young與Case醫學(xué)院的遺傳學(xué)家約瑟夫·納多（JosephNadeau）合作，希望能識別高?；颊?，在他們心臟病或癲癇發(fā)作前的關(guān)鍵階段被發(fā)現。
▲微型無(wú)線(xiàn)傳感器監測急診患者的心率、血氧水平和其他生命體征。傳感器數據被捕獲到一個(gè)記錄中，可以通過(guò)一個(gè)安全的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)該記錄，從而在每個(gè)階段幫助醫療決策者，從急救人員到救護車(chē)技術(shù)人員再到急診室醫生。來(lái)源：哈佛大學(xué)
護理阿爾茨海默癥
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(lái)檢測分子附著(zhù)時(shí)傳感器電子特性的微小位移。
通過(guò)微調傳感器的表面化學(xué)性質(zhì)，可以研究不同分子的附著(zhù)特性?？巳R因有一個(gè)理論，稱(chēng)為淀粉樣β衍生擴散配體（ADDL）的小蛋白是阿爾茨海默病病理學(xué)的關(guān)鍵因素，因此他與范杜因實(shí)驗室的研究人員合作開(kāi)發(fā)了PSPR傳感器，用于監測ADDL與其抗體的結合。
傳感器應用：安全與安保
家用煙霧和一氧化碳探測器很常見(jiàn)；運動(dòng)監測器觸發(fā)泛光燈照亮車(chē)道和停車(chē)場(chǎng)；金屬探測器和生物危害監測器守衛著(zhù)港口和交通樞紐。泄漏傳感器保護工廠(chǎng)工人免受危險化學(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并及時(shí)發(fā)出警告。在國家科學(xué)基金會(huì )資助下開(kāi)發(fā)的新傳感技術(shù)，以及從分布式傳感器系統收集和處理數據的新方法，支持國家努力提高可靠和準確評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(xiě)了幾納米寬的分子圖案，然后將修飾過(guò)的基底暴露在含有關(guān)鍵分子的溶液中。他們能夠觀(guān)察到兩者之間的結合，既具有高度的敏感性，又具有高度的特異性。
傳感器能夠檢測微小的有害物質(zhì)。同樣的傳感器框架也可以通過(guò)改變分子墨水來(lái)適應，而分子墨水的模式是電子技術(shù)學(xué)家對傳感器發(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。
他利用計算機技術(shù)將來(lái)自幾個(gè)不同傳感器的信號進(jìn)行融合，并將結果與已知的反應進(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。
▲這些玻璃纖維是靈活耐用的中子和γ射線(xiàn)傳感器，應用于國家安全、醫學(xué)和材料研究。來(lái)源：太平洋西北國家實(shí)驗室
掌上實(shí)驗室
無(wú)線(xiàn)集成微系統中心（WIMS）是美國國家科學(xué)基金會(huì )（NSF）的一個(gè)工程研究中心，由微電子機械系統（microelectromechanical systems）先驅肯索爾·懷斯（Kensall Wise）領(lǐng)導，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(lái)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目，為微型儀器設計傳感器、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(lèi)型傳感器和監測系統的一部分，但他們目前的工作集中在兩個(gè)試驗項目上：耳蝸植入和環(huán)境監測系統。
來(lái)自密歇根大學(xué)公共衛生學(xué)院的特德·澤勒（TedZellers）領(lǐng)導了一個(gè)團隊，該團隊設計了監控試驗臺，這是一種微尺度色譜儀，可以在國土安全應用或工業(yè)過(guò)程控制中同等有效地檢測有害氣體。
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(cháng)、100微米寬的色譜柱包裹成緊密的螺旋結構。他們設計和制造了微型泵、閥門(mén)和噴射器，以捕獲樣品氣體并通過(guò)儀器進(jìn)行運輸。
他們構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(guò)集成的微機械天線(xiàn)和射頻電路傳輸數據。在不影響性能的情況下，盡可能將尺寸和功耗降至最低。
▲這張電子顯微照片顯示了刻蝕在晶圓上的一米長(cháng)毛細管的中心。在氣相色譜中，不同的氣體在穿過(guò)長(cháng)而窄的毛細管柱時(shí)會(huì )分離。來(lái)源：密歇根大學(xué)NSF無(wú)線(xiàn)集成微系統工程研究中心
結語(yǔ)
在過(guò)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研究工作，持續至今，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)也占據全球最大份額。
本文通過(guò)一個(gè)個(gè)例子，介紹傳感器在社會(huì )中的應用，似乎遠比講一些空洞的傳感器很重要之類(lèi)的話(huà)更加直觀(guān)，更能感受傳感器重要性，美國稱(chēng)之為傳感器革命。
十幾年過(guò)去，即使今天看來(lái)，文中的許多傳感器應用和技術(shù)開(kāi)發(fā)，依然非常前沿且應用場(chǎng)景上極具想象空間。
這為我們敲響了警鐘，對比美國對傳感器的重視程度，我們對傳感器的重視還嚴重不足！中國的傳感器革命什么時(shí)候到來(lái)？
