據工信部電子元器件行業發展研究中心總工程師、中國傳感器與物聯網產業聯盟副理事長郭源生介紹，美國每年度財政預算約有69億美元，用於傳感器基礎技術與應用研究
，稱其為“Sensor Revolution”（即：傳感器革命）。

美國國家科學發展基金會認為：

“80年代個人電腦把運算簡化到人們手指尖上
；90年代互聯網技術把人們對信息的需求通過網絡變得全球化；本世紀的重大變革就是：通過網絡，把物質世界聯接起來
，並賦予它一個電子神經係統，使它具有能夠感知信息的生命

，而能夠擔當這一重任的核心就是傳感器”。

本文即翻譯自美國國家科學基金會（簡稱NSF）作為特別報告發布的《傳感器革命》（The Sensor Revolution）


，NSF是美國獨立的聯邦機構
，相當於中國國家自然科學基金委員會，擔負著促進國家科學進步的責任。

同時
，NSF是美國大學、機構和智庫基礎研究的最大資金來源之一

，因此NSF影響著美國基礎科學的研究動向。值得注意的是，《傳感器革命》發表於19年前的2004年，以每年約69億美元的投入粗略計算，在傳感器基礎技術與應用研究上美國至少投入了超過1300億美元（約8937億人民幣）。

meiguojintiannengzaiquanqiuchuanganqichanyezhongzhanjuzuigaofene
，yuqigaoduzhongshibuwuxiangguan。womenjintianrengweiduichuanganqideguanjianzuoyongyouqingxingderenshi
，meiyouzugoudezhongshi，zheweiwomenqiaoxiangjingzhong。

概述

在20世紀80年代，個人電腦革命將計算機置於我們的指尖。20世紀90年代，互聯網革命用網絡將我們與橫跨地球的另一端聯係在一起。

現在，下一場革命是將互聯網連接回現實中

，我們生活在一個物質世界裏
，這是世界上第一個電子神經係統
，我們稱之為傳感器革命：大量的設備以我們幾乎無法想象的方式監控我們周圍的環境，其中一些現在已經實現，其他的也將實現。

環境與民用基礎設施

無線濕度傳感器網絡監測偏遠森林的火災危險，硝酸鹽傳感器探測河流、溪流和井中的農業汙染，而分布式地震傳感器為地震提供預警係統。同時，內置應力傳感器報告橋梁、建築物和道路以及其他人造建築物的結構完整性。

工商業

在(zai)工(gong)廠(chang)地(di)麵(mian)上(shang)

，聯(lian)網(wang)的(de)振(zhen)動(dong)傳(chuan)感(gan)器(qi)警(jing)報(bao)機(ji)器(qi)軸(zhou)承(cheng)開(kai)始(shi)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)，安(an)排(pai)工(gong)人(ren)夜(ye)間(jian)維(wei)護(hu)，防(fang)止(zhi)損(sun)失(shi)巨(ju)大(da)的(de)突(tu)然(ran)停(ting)機(ji)。在(zai)冷(leng)藏(zang)雜(za)貨(huo)車(che)內(nei)
，溫(wen)度(du)和(he)濕(shi)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)監(jian)測(ce)單(dan)個(ge)容(rong)器(qi)，減(jian)少(shao)易(yi)碎(sui)魚(yu)類(lei)或(huo)農(nong)產(chan)品(pin)的(de)變(bian)質(zhi)。

健康

嵌qian入ru衣yi服fu中zhong的de傳chuan感gan器qi與yu其qi他ta體ti內nei傳chuan感gan器qi聯lian網wang，持chi續xu監jian測ce我wo們men的de生sheng命ming體ti征zheng。對dui於yu即ji將jiang發fa作zuo的de心xin髒zang病bing或huo危wei險xian的de高gao血xue壓ya疾ji病bing，需xu要yao進jin行xing早zao期qi醫yi療liao幹gan預yu。糖tang尿niao病bing患huan者zhe血xue糖tang水shui平ping的de飆biao升sheng，由you微wei型xing傳chuan感gan器qi持chi續xu監jian測ce，觸chu發fa輸shu液ye泵beng輸shu送song胰yi島dao素su，完wan美mei模mo擬ni健jian康kang的de胰yi腺xian作zuo用yong。

安全和安保

消防隊員將無線傳感器分散在整個燃燒的建築中，以繪製熱點和火焰。同時，傳感器提供緊急通信網絡。醫院、郵局和運輸中心的微型化學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
，就會發出警報。

傳感器技術：力量的彙聚

傳感器是任何能夠接受刺激（如熱、光
、磁或暴露於特定化學物質）並將其轉換為特定信號的設備。

傳感器已經存在很長時間了


，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發的。幾十年後，伽利略的助手托裏切利（Torricelli）發明了氣壓計——壓力傳感器。

最近，科學家和工程師們發明了用於感應光（光電管）、聲音（麥克風）、地麵振動（地震計）和力（加速度計）的設備，以及用於磁場和電場、輻射、應變、酸度和許多其他現象的傳感器。

從(cong)我(wo)們(men)在(zai)機(ji)場(chang)通(tong)過(guo)的(de)金(jin)屬(shu)探(tan)測(ce)器(qi)到(dao)保(bao)護(hu)我(wo)們(men)家(jia)園(yuan)的(de)煙(yan)霧(wu)探(tan)測(ce)器(qi)
，我(wo)們(men)的(de)現(xian)代(dai)文(wen)明(ming)完(wan)全(quan)依(yi)賴(lai)於(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)。雖(sui)然(ran)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)概(gai)念(nian)並(bing)不(bu)新(xin)鮮(xian)，但(dan)傳(chuan)感(gan)器(qi)技(ji)術(shu)正(zheng)在(zai)經(jing)曆(li)一(yi)場(chang)快(kuai)速(su)的(de)變(bian)革(ge)。

事實上

，曾經徹底改變世界的計算機、電子通信以及生物技術行業的趨勢，正在傳感器上展現：

1、更小：

納米技術和微機電係統（MEMS）等領域的快速發展促進了傳統傳感器的微型化，而且啟發了基於全新原理的傳感器的發明。

美國加州理工學院的化學家內森·S·劉易斯（Nathan S. Lewis）及其同事開發的電子鼻就是一個例子。另一種是懸臂梁傳感器
，在國家科學基金會通過其納米技術優先領域資助的許多項目中
，以及XYZ芯片項目等，還可以找到其他類似項目。

2、更智能：

微電子技術的能力呈指數級增長，使得製造具有內置“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，隻選擇最相關和最關鍵的信息進行報告。

3
、移動化程度更高：

無線網絡技術的迅速普及增強了聯係，如今
，許多傳感器從遠方發回數據，無論它們正在進行什麼運動。

然而，隨著這些力量的彙聚，傳感器對研究人員和社會都提出了嚴峻的新挑戰。

傳感器技術：野外生存

下(xia)一(yi)代(dai)傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)要(yao)由(you)堅(jian)固(gu)的(de)材(cai)料(liao)製(zhi)成(cheng)。畢(bi)竟(jing)，許(xu)多(duo)潛(qian)在(zai)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)需(xu)要(yao)大(da)量(liang)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)，這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)分(fen)散(san)在(zai)廣(guang)泛(fan)的(de)目(mu)標(biao)區(qu)域(yu)內(nei)
，因(yin)此(ci)不(bu)可(ke)能(neng)單(dan)獨(du)使(shi)用(yong)。

同時
，這些設備必須在沒有電源插座
、沒有寬帶電纜連接、沒有技術支持

，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。

這就帶來了一些令人棘手的工程挑戰，其中最困難的是電源：許(xu)多(duo)廉(lian)價(jia)且(qie)批(pi)量(liang)生(sheng)產(chan)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)是(shi)一(yi)種(zhong)電(dian)池(chi)空(kong)間(jian)很(hen)小(xiao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)。這(zhe)就(jiu)是(shi)為(wei)什(shen)麼(me)工(gong)程(cheng)師(shi)們(men)經(jing)常(chang)安(an)排(pai)讓(rang)這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)將(jiang)在(zai)大(da)部(bu)分(fen)時(shi)間(jian)中(zhong)都(dou)處(chu)於(yu)睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)下(xia)
，在(zai)睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)下(xia)，它(ta)們(men)可(ke)以(yi)僅(jin)靠(kao)最(zui)微(wei)弱(ruo)的(de)電(dian)能(neng)工(gong)作(zuo)。

傳感器隻需要偶爾醒來一小段時間
，就可以快速讀取儀器數據，如果需要的話，還可以回傳一些數據。

▲這種“智能塵埃”微塵是一種檢測環境光和加速度的傳感器，並包含一個用於通信的微型無線電天線（十字）（來自加州大學伯克利分校傳感器和致動器中心）

另ling一yi個ge挑tiao戰zhan是shi將jiang這zhe些xie信xin息xi帶dai回hui總zong部bu。在zai沒mei有you互hu聯lian網wang的de野ye外wai，最zui新xin的de傳chuan感gan器qi可ke以yi通tong過guo有you效xiao的de無wu線xian網wang絡luo技ji術shu將jiang數shu據ju從cong一yi個ge傳chuan感gan器qi傳chuan遞di到dao另ling一yi個ge傳chuan感gan器qi，形xing成cheng自zi己ji的de網wang絡luo。

但這聽起來很困難。一方麵
，連接通常限於非常低的功率、非(fei)常(chang)短(duan)的(de)距(ju)離(li)和(he)非(fei)常(chang)低(di)的(de)數(shu)據(ju)速(su)率(lv)。更(geng)糟(zao)糕(gao)的(de)是(shi)，如(ru)果(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)連(lian)接(jie)到(dao)車(che)輛(liang)或(huo)動(dong)物(wu)上(shang)
，它(ta)們(men)將(jiang)經(jing)常(chang)需(xu)要(yao)四(si)處(chu)移(yi)動(dong)，並(bing)且(qie)有(you)嚴(yan)重(zhong)的(de)環(huan)境(jing)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)。

這就是為什麼許多工程師都在強調自組織網絡（ad hoc networks），在(zai)這(zhe)種(zhong)網(wang)絡(luo)中(zhong)

，傳(chuan)感(gan)器(qi)被(bei)編(bian)程(cheng)尋(xun)找(zhao)附(fu)近(jin)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，並(bing)在(zai)沒(mei)有(you)人(ren)工(gong)幹(gan)預(yu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)自(zi)己(ji)形(xing)成(cheng)網(wang)絡(luo)鏈(lian)接(jie)。如(ru)果(guo)這(zhe)些(xie)鏈(lian)接(jie)中(zhong)的(de)任(ren)何(he)一(yi)個(ge)被(bei)阻(zu)止(zhi)或(huo)斷(duan)開(kai)，傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)自(zi)動(dong)尋(xun)找(zhao)新(xin)的(de)鏈(lian)接(jie)來(lai)替(ti)換(huan)它(ta)們(men)。

ciwai，haiyoushehuilunlifangmiandetiaozhan。liru
，qidaoyinsibaohudezuijiafangshishishenme，zheyangxinyidaichuanganqijiubuhuichengweibuliangfenzidegongju？ruhejianlitongyangqiangdadeanquanbaozhangcuoshi，shiheikewufaqietingwuxianshujuliu？

美國國家科學基金會資助的研究人員正在尋求解決所有這些挑戰的方法，並尋求獲得其他機構和行業研究人員的支持。

盡管如此
，已經有許多傳感器技術支持大量應用。請繼續閱讀環境與民用基礎設施、工業與商業、健康與安全與安保方麵的更多例子。

傳感器應用：環境和民用基礎設施

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和地震中發揮作用，將麵臨類似的極端條件或更糟的情況。NSF資zi助zhu的de研yan究jiu人ren員yuan正zheng在zai開kai發fa新xin的de傳chuan感gan器qi
，可ke以yi在zai這zhe些xie環huan境jing中zhong可ke靠kao工gong作zuo。他ta們men還hai在zai傳chuan感gan器qi係xi統tong方fang麵mian努nu力li工gong作zuo
，設she計ji和he部bu署shu傳chuan感gan器qi網wang絡luo，為wei民min用yong和he環huan境jing監jian測ce帶dai來lai前qian所suo未wei有you的de細xi致zhi數shu據ju。

在森林中植入傳感器

在加州大學洛杉磯分校嵌入式網絡傳感中心（CENS），William Kaiser 監測加利福尼亞州聖哈辛托山脈的脆弱生態係統。

通過將固定數據采集站和移動“信息機械係統”聯網的方式，Kaiser 的研究小組正在密切關注詹姆斯保護區（James Reserve），該保護區是50種瀕危物種的家園。

▲在華盛頓州
，一個機器人傳感器組件懸掛在兩個樹梢之間。該儀器可以沿電纜上下移動，提供圖像和精確的當地氣候數據。來源：加州大學洛杉磯分校嵌入式網絡傳感中心

該組織的移動設備沿著從一棵樹到另一棵樹的導線移動，部署傳感器
，在森林地麵以上不同高度測量溫度
、濕度和光照水平。這些設備由太陽能電池組供電，最終將包括100個站點的網絡中，通過一個個節點傳遞數據。

該中心主任黛布拉·埃斯特林（DebraEstrin）和她的同事開發了協議和數據管理技術，使這種特殊的無線傳感器網絡，能夠在功率限製
、不穩定的傳輸環境和不斷變化的節點數量等阻礙傳統網絡傳輸的情況下運行。

這些類似的傳感器網絡也被用於其他CENS項目，例如監測鳥類的築巢棲息地，跟蹤農場通過沉積區流入河流的肥料汙染。

建築感知

加州大學洛杉磯分校（UCLA）的研究人員在Factor Health Sciences Building 的校園裏建立了一個嵌入式傳感器網絡，他們必須調整自己的技術以應對一係列新的挑戰。

大樓的17層鋼框架對傳感器的無線傳輸網絡造成嚴重破壞。（想象一下在電梯裏使用手機。）他(ta)們(men)為(wei)該(gai)結(jie)構(gou)的(de)可(ke)靠(kao)運(yun)行(xing)而(er)開(kai)發(fa)了(le)新(xin)的(de)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)
，幫(bang)助(zhu)他(ta)們(men)從(cong)連(lian)接(jie)到(dao)建(jian)築(zhu)物(wu)和(he)橋(qiao)梁(liang)的(de)應(ying)變(bian)和(he)振(zhen)動(dong)傳(chuan)感(gan)器(qi)收(shou)集(ji)數(shu)據(ju)，這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)稱(cheng)為(wei)結(jie)構(gou)健(jian)康(kang)監(jian)測(ce)的(de)應(ying)用(yong)。

▲新墨西哥州阿爾伯克基市外的裏奧普爾科大橋是用嵌入式光纖傳感器建造的，用於監測和磨損。

橋梁和公路感知

新墨西哥州立大學（NewMexico State University）的羅拉·伊德裏斯（Rola Idriss）等deng土tu木mu工gong程cheng師shi預yu計ji，有you一yi天tian
，嵌qian入ru在zai橋qiao梁liang和he道dao路lu上shang的de傳chuan感gan器qi，會hui在zai人ren類lei檢jian測ce人ren員yuan發fa現xian異yi常chang磨mo損sun之zhi前qian
，定ding期qi報bao告gao其qi健jian康kang情qing況kuang。與yu人ren類lei醫yi療liao保bao健jian一yi樣yang，早zao期qi發fa現xian結jie構gou性xing健jian康kang問wen題ti可ke以yi進jin行xing早zao期qi幹gan預yu，最zui終zhong節jie省sheng資zi金jin
，延yan長chang壽shou命ming，提ti高gao安an全quan性xing。

伊德裏斯（Idriss）和她的同事在國家科學基金會和聯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個光纖傳感器。光纖傳感器為大學研究人員提供連續的數據流，記錄橋梁對交通、天氣和時間破壞的情況。

新墨西哥團隊對阿爾伯克基附近的新裏約熱內盧-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

，與標準檢測技術獲取的信息進行比較

，將有助於他們製定更有效的監測和維護程序。

傳感器應用：工商業

congpanshizhidongqidaocipanqudongqi

，meiguogongyeyilaiqichanpinhegongchangzhongdechuanganqi。tongguocaiyongxindechuanganqijishu，zhizaoshangkeyiweiqichanpindailaixindenengli，tongshitigaoxingnenghexiaolv。tongshi，gongyechuanganqitongguotigaochanpinzhilianghejianshaotingjishijian，bangzhubaochimeiguogongyedejingzhengli。

道路上的傳感器

在今天的汽車中，轉速傳感器將四個車輪的數據傳送到防抱死刹車係統（ABS）和牽引力控製係統。

燃燒和抗爆傳感器可幫助發動機計算調整燃油混合物
，即使負載和條件發生變化，也能實現高效
、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性，使汽車的安全氣囊能夠以最小的衝擊力釋放。

▲安全氣囊展開由精確但廉價的加速計控製，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係統（MEMS）中的一個領域。來源：美國公路安全保險協會

在過去幾年中，每輛車的傳感設備數量翻了一番，並且隨著複雜但廉價的傳感器越來越普及，傳感器數量也在不斷增加。

韋恩州立大學（WayneStateUniversity）的Le YiWangdenggongchengshibangzhuqicheshejishiyouhuachuanganqishuju。yangjiaoshouzhengzaiyanjiuruherongheduogechuanganqidexinxi
，yiyouxiaokongzhifadongjihedonglixitong，jishidangechuanganqitigongdeshujubuwanshan。

遠處的庫存

射頻識別（RFID）是發展最快的傳感器技術。RFID係統將電磁感應與無線電通信相結合。RFID標簽和Interrogators可用於跟蹤倉庫中的庫存或收集移動車輛的通行費。

德州儀器公司（TI）為新的半導體製造線配備射頻發射器
，並在每一個載波上貼上ID標簽。晶圓流水線完成的每一個加工步驟現在都可以記錄在中心數據庫中，同時最大限度地減少人員搬運和相關汙染。

加州大學伯克利分校的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中將取代條形碼。

▲一塊矽晶圓上製造可以一次製造幾十個這樣微校的壓力傳感器。來源：密歇根大學NSF無線集成微係統工程研究中心

學校裏的傳感器

在麻省理工學院，哈裏·巴拉克裏希南（HariBalakrishnan）、塞思·泰勒（SethTeller）、埃裏克·德梅因（ErikDemaine）和邁克爾·斯通布雷克（MichaelStonebraker）都有宏偉的計劃。

他們將全球定位係統（GPS）、射頻標簽和超聲波信標相結合
，以“激活”麻(ma)省(sheng)理(li)工(gong)學(xue)院(yuan)校(xiao)園(yuan)。他(ta)們(men)設(she)想(xiang)將(jiang)該(gai)係(xi)統(tong)用(yong)於(yu)從(cong)監(jian)測(ce)和(he)維(wei)護(hu)實(shi)體(ti)工(gong)廠(chang)到(dao)清(qing)點(dian)圖(tu)書(shu)館(guan)資(zi)產(chan)，再(zai)到(dao)幫(bang)助(zhu)訪(fang)客(ke)在(zai)校(xiao)園(yuan)內(nei)找(zhao)到(dao)自(zi)己(ji)的(de)路(lu)等(deng)所(suo)有(you)方(fang)麵(mian)。

▲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起跑線和終點線的時間，即使在人群中也是如此。來源：ChampionChip World

傳感器應用：健康

傳感器在醫療保健和診斷的每個階段都有應用。

醫生現在正在進行臨床測試，這些測試幾年前才被送到實驗室。檢測結果可以立即獲得，而且成本更低。

無(wu)線(xian)可(ke)穿(chuan)戴(dai)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)在(zai)家(jia)中(zhong)對(dui)老(lao)年(nian)人(ren)或(huo)慢(man)性(xing)病(bing)患(huan)者(zhe)進(jin)行(xing)持(chi)續(xu)監(jian)控(kong)。在(zai)緊(jin)急(ji)情(qing)況(kuang)下(xia)，即(ji)使(shi)有(you)多(duo)人(ren)傷(shang)亡(wang)，無(wu)線(xian)患(huan)者(zhe)監(jian)護(hu)網(wang)絡(luo)仍(reng)然(ran)可(ke)以(yi)在(zai)急(ji)救(jiu)人(ren)員(yuan)和(he)醫(yi)院(yuan)急(ji)診(zhen)室(shi)之(zhi)間(jian)快(kuai)速(su)準(zhun)確(que)地(di)傳(chuan)輸(shu)信(xin)息(xi)。

皮下成像

在波士頓東北大學NSF地下傳感和成像係統中心（CENSIS）
，研究人員正在使用“基於物理的成像”方法從地下傳感技術中提取最大可用信息。

東北大學、波士頓大學和倫斯勒理工學院的科學家和工程師將最先進的製造技術與複雜的物理模型相結合，創造出能夠“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乳房Xguangjianzha，bingtongguoduipeitaideneibujianzhalaitigaotiwaishoujingdechenggonglv。tatongyangshiyongyufeiyixuewenti，rudileitanceheshanhujiaojiance。boduoligedaxuemayaguizifenxiaozhengzaiyanjiuzheyiyingyongchengxu。

▲一係列微小的金屬針可以抽血用於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，來源：喬治理工學院

視覺修複

在韋恩州立大學
，網絡無線傳感器實驗室的羅蘭·施維伯特（Loren Schwiebert）和他的同事正在利用他們的技術幫助視力受損者。

他們設計的人工視網膜和皮質植入物將信號從外部攝像頭傳輸到眼睛的感知神經。小組使用視網膜修複術來幫助患有視網膜炎、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（視杆和視錐）被破壞，但潛在的視網膜結構是完好的。

當視網膜本身受損且對電刺激無反應時，他們使用皮質植入物代替。Schwiebert 正(zheng)在(zai)研(yan)究(jiu)這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)的(de)網(wang)絡(luo)協(xie)議(yi)和(he)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)
，這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)不(bu)能(neng)依(yi)賴(lai)內(nei)部(bu)電(dian)源(yuan)，因(yin)為(wei)植(zhi)入(ru)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)無(wu)線(xian)電(dian)鏈(lian)路(lu)與(yu)高(gao)帶(dai)寬(kuan)視(shi)頻(pin)數(shu)據(ju)一(yi)起(qi)供(gong)電(dian)。

早期心髒病預防

路易斯維爾大學（University of Louisville）的研究人員Kyung Kang和他的同事Chang Ahn在辛辛那提大學（University of Cincinnati）使用MEMSjiagongfangfazhizaoweiliukongshebei
，keyitongshizhixingsigedandudeshenghuafenxi。tongguotongshiceliangsigexinzangbiaojiwu，tamenxiwanggaishanduiyisixinzangbingfazuohuanzhedehuli。

Case Western Reserve University電氣工程師Darrin Young有另一種改善心髒健康的方法。Young的團隊正在研究用於心率、血壓和溫度的藥丸大小的植入式傳感器。

Young與Case醫學院的遺傳學家約瑟夫·納多（JosephNadeau）合作
，希望能識別高危患者
，在他們心髒病或癲癇發作前的關鍵階段被發現。

▲微型無線傳感器監測急診患者的心率、血xue氧yang水shui平ping和he其qi他ta生sheng命ming體ti征zheng。傳chuan感gan器qi數shu據ju被bei捕bu獲huo到dao一yi個ge記ji錄lu中zhong，可ke以yi通tong過guo一yi個ge安an全quan的de無wu線xian網wang絡luo訪fang問wen該gai記ji錄lu
，從cong而er在zai每mei個ge階jie段duan幫bang助zhu醫yi療liao決jue策ce者zhe，從cong急ji救jiu人ren員yuan到dao救jiu護hu車che技ji術shu人ren員yuan再zai到dao急ji診zhen室shi醫yi生sheng。來lai源yuan：哈佛大學

護理阿爾茨海默症

西北大學化學家Richard van Duyne 和神經生物學家 William Klein 的傳感器研究可能會使阿爾茨海默病患者受益。Van Duyne的研究小組利用表麵等離子體共振來檢測分子附著時傳感器電子特性的微小位移。

通過微調傳感器的表麵化學性質
，可以研究不同分子的附著特性。克萊因有一個理論
，稱為澱粉樣β衍生擴散配體（ADDL）的小蛋白是阿爾茨海默病病理學的關鍵因素
，因此他與範杜因實驗室的研究人員合作開發了PSPR傳感器
，用於監測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；運動監測器觸發泛光燈照亮車道和停車場；金屬探測器和生物危害監測器守衛著港口和交通樞紐。泄漏傳感器保護工廠工人免受危險化學品的傷害。

我們的家庭

、公(gong)共(gong)空(kong)間(jian)和(he)工(gong)作(zuo)場(chang)所(suo)的(de)安(an)全(quan)取(qu)決(jue)於(yu)快(kuai)速(su)感(gan)知(zhi)危(wei)險(xian)並(bing)及(ji)時(shi)發(fa)出(chu)警(jing)告(gao)。在(zai)國(guo)家(jia)科(ke)學(xue)基(ji)金(jin)會(hui)資(zi)助(zhu)下(xia)開(kai)發(fa)的(de)新(xin)傳(chuan)感(gan)技(ji)術(shu)，以(yi)及(ji)從(cong)分(fen)布(bu)式(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)收(shou)集(ji)和(he)處(chu)理(li)數(shu)據(ju)的(de)新(xin)方(fang)法(fa)，支(zhi)持(chi)國(guo)家(jia)努(nu)力(li)提(ti)高(gao)可(ke)靠(kao)和(he)準(zhun)確(que)評(ping)估(gu)威(wei)脅(xie)安(an)全(quan)狀(zhuang)況(kuang)的(de)能(neng)力(li)。

納米技術傳感器

在西北大學納米尺度科學與工程中心（NSEC）的集成納米圖案化和檢測技術領域
，化學家兼中心主任查德·米爾金（Chad Mirkin）使用蘸筆光刻技術在矽襯底上沉積“鎖定”生物分子。Mirkin和他的同事們隻寫了幾納米寬的分子圖案，然後將修飾過的基底暴露在含有“關鍵”分子的溶液中。他們能夠觀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。同樣的傳感器框架也可以通過改變分子“墨水”來適應
，而分子“墨水”的模式是電子技術學家對傳感器發展的看法。

人造鼻

Nate Lewis的工作展示了一種不同於感知化學或生物製劑的方法。Lewis的技術使用了一組傳感器

，每一個傳感器都感測的不是一個高度特異的分子，而是一組相關的化合物。

他(ta)利(li)用(yong)計(ji)算(suan)機(ji)技(ji)術(shu)將(jiang)來(lai)自(zi)幾(ji)個(ge)不(bu)同(tong)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)融(rong)合(he)，並(bing)將(jiang)結(jie)果(guo)與(yu)已(yi)知(zhi)的(de)反(fan)應(ying)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)，從(cong)而(er)創(chuang)造(zao)出(chu)一(yi)種(zhong)可(ke)以(yi)嗅(xiu)出(chu)微(wei)量(liang)各(ge)種(zhong)化(hua)學(xue)物(wu)質(zhi)的(de)人(ren)工(gong)鼻(bi)。

▲這些玻璃纖維是靈活耐用的中子和γ射線傳感器，應用於國家安全、醫學和材料研究。來源：太平洋西北國家實驗室

掌上實驗室

無線集成微係統中心（WIMS）是美國國家科學基金會（NSF）的一個工程研究中心，由微電子機械係統（microelectromechanical systems）先驅肯索爾·懷斯（Kensall Wise）領導


，該中心正在整合製造可聯網、手表大小的化學分析儀所需的所有部件。來自密歇根大學、密歇根理工大學和密歇根州立大學的科學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型傳感器和監測係統的一部分，但他們目前的工作集中在兩個試驗項目上：耳蝸植入和環境監測係統。

來自密歇根大學公共衛生學院的特德·澤勒（TedZellers）領(ling)導(dao)了(le)一(yi)個(ge)團(tuan)隊(dui)
，該(gai)團(tuan)隊(dui)設(she)計(ji)了(le)監(jian)控(kong)試(shi)驗(yan)台(tai)，這(zhe)是(shi)一(yi)種(zhong)微(wei)尺(chi)度(du)色(se)譜(pu)儀(yi)，可(ke)以(yi)在(zai)國(guo)土(tu)安(an)全(quan)應(ying)用(yong)或(huo)工(gong)業(ye)過(guo)程(cheng)控(kong)製(zhi)中(zhong)同(tong)等(deng)有(you)效(xiao)地(di)檢(jian)測(ce)有(you)害(hai)氣(qi)體(ti)。

為了將化學分析的工作量縮小到1立方厘米
，Zellers、Wise和他們的學生將一米長
、100微米寬的色譜柱包裹成緊密的螺旋結構。他們設計和製造了微型泵、閥門和噴射器，以捕獲樣品氣體並通過儀器進行運輸。

他(ta)們(men)構(gou)建(jian)的(de)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)從(cong)電(dian)池(chi)中(zhong)產(chan)生(sheng)所(suo)有(you)必(bi)要(yao)的(de)電(dian)壓(ya)，並(bing)通(tong)過(guo)集(ji)成(cheng)的(de)微(wei)機(ji)械(xie)天(tian)線(xian)和(he)射(she)頻(pin)電(dian)路(lu)傳(chuan)輸(shu)數(shu)據(ju)。在(zai)不(bu)影(ying)響(xiang)性(xing)能(neng)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，盡(jin)可(ke)能(neng)將(jiang)尺(chi)寸(cun)和(he)功(gong)耗(hao)降(jiang)至(zhi)最(zui)低(di)。

▲這張電子顯微照片顯示了刻蝕在晶圓上的一米長毛細管的中心。在氣相色譜中，不同的氣體在穿過長而窄的毛細管柱時會分離。來源：密歇根大學NSF無線集成微係統工程研究中心

結語

這是一篇NSF發表於2004年的報告，名為“傳感器革命”可見NSF以及美國對傳感器產業的重視。雖然這是一篇非常“古老”的內容，發表於18年前
，但我們仍驚訝於美國對傳感器的重視，以及內容中對傳感器技術的前瞻性。

在zai過guo去qu的de幾ji十shi年nian裏li，美mei國guo國guo家jia科ke學xue基ji金jin會hui一yi直zhi在zai支zhi持chi美mei國guo傳chuan感gan器qi的de基ji礎chu研yan究jiu工gong作zuo，持chi續xu至zhi今jin，奠dian定ding了le美mei國guo傳chuan感gan器qi技ji術shu領ling先xian世shi界jie的de實shi力li，同tong時shi其qi傳chuan感gan器qi產chan業ye也ye占zhan據ju全quan球qiu最zui大da份fen額e。

本文通過一個個例子，介紹傳感器在社會中的應用
，似乎遠比講一些空洞的“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用和技術開發，依然非常前沿且應用場景上極具想象空間。

這為我們敲響了警鍾
，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麼時候到來
？