科技界普遍認(rèn)為，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代之后,，將是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,。物聯(lián)網(wǎng)的英文縮寫是IoT(Internet of Things),，即萬(wàn)物相連的互聯(lián)網(wǎng),。要建構(gòu)這張變革人類生活的網(wǎng)絡(luò),，至少需要三個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)突破：傳感器,、大數(shù)據(jù)和人工智能,。與后兩個(gè)名詞相比，傳感器 的公眾知名度不算高,，但事實(shí)上,，傳感器是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，而且已大量安裝在智能手機(jī)里,，成為我們生活中不可或缺的電子器件,。
上海科研人員在研制哪些傳感器?為什么說(shuō)它們是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的智能“感官”?來(lái)看專家怎么說(shuō)。
智能手機(jī)
傳感器各顯神通
傳感器是一種檢測(cè)裝置,，能感知各類信號(hào),，并將它們轉(zhuǎn)化為電信號(hào)或其他形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸,、處理,、存儲(chǔ)、顯示,、記錄和控制等要求,。上海矽睿 科技有限公司首席執(zhí)行官謝志峰博士介紹，人們平時(shí)講的傳感器,，其實(shí)是傳感機(jī)系統(tǒng)，也稱微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS),，因?yàn)樗鼈冸m然體積微小,，但都是由傳感器、集成電路芯片,、算法等組成的系統(tǒng),。
如今的智能手機(jī)，傳感器已是標(biāo)配,，如蘋果iPhone6安裝了加速度計(jì),、陀螺儀、電子羅盤,、指紋傳感器,、距離與環(huán)境光傳感器、MEMS麥克風(fēng),、圖像傳感器,、氣壓傳感器等8種傳感器，三星Galaxy S4安裝了12種傳感器,。
在嘉定區(qū)的上海物聯(lián)網(wǎng)中心,，謝志峰向記者展示了矽睿公司研制的全球首款單芯片三軸AMR磁傳感器。磁傳感器也叫磁力計(jì),、電子羅盤,，具有指南針功能，封裝 后只有1.2毫米見(jiàn)方,。與iPhone配備的AKM磁傳感器相比,，這款A(yù)MR磁傳感器的誤差更小，僅為正負(fù)1度;而與市場(chǎng)上采用3顆芯片的AMR磁傳感器 相比,，它只用1顆芯片,，集成度更好，成本更低。安裝它的手機(jī)有能力進(jìn)行室內(nèi)導(dǎo)航,，在GPS無(wú)法使用的情況下,，為用戶精確定位，每步行100米,，誤差僅2— 3米,。磁傳感器還可應(yīng)用于醫(yī)療檢測(cè)。醫(yī)學(xué)研究表明,，人體癌變部位的微磁場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)異常,，而磁傳感器能測(cè)出人體微磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向，因此有望應(yīng)用于腫瘤早期篩 查,。
加速度計(jì)也是智能手機(jī)的標(biāo)配,。為了向記者介紹這種傳感器，謝志峰請(qǐng)人用3D打印機(jī)制作了一個(gè)放大200倍的傳感器模型,。只見(jiàn)模型器 件分為兩部分,，一部分固定，另一部分可振動(dòng),。當(dāng)安裝這種傳感器的手機(jī)和可穿戴設(shè)備運(yùn)動(dòng)時(shí),，振動(dòng)部分能通過(guò)電容變化測(cè)出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。安全氣囊能在汽車碰 撞時(shí)及時(shí)彈出,，就是因?yàn)檠b有加速度計(jì),。蘋果公司把它裝入手機(jī)，使手機(jī)擁有了轉(zhuǎn)屏功能,。
陀螺儀是測(cè)量角速度的傳感器,。許多人喜歡通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手機(jī)屏幕玩賽車、酷跑類游戲,，正是得益于陀螺儀的功能,。如今，手機(jī)拍照時(shí)即便抖動(dòng),，照片往往也不會(huì)模糊,。這也得益于陀螺儀，它在拍照時(shí)測(cè)出手機(jī)正在抖動(dòng)后,，會(huì)及時(shí)讓相機(jī)軟件予以糾正,。
“仿生眼”
性能向人眼靠攏
加速度計(jì)和陀螺儀，其實(shí)在人體內(nèi)也有,。中科院上海微系統(tǒng)所研究員,、中央“千人計(jì)劃”專家張曉林博士介紹，耳朵里的前庭器有半規(guī)管,，可以測(cè)旋轉(zhuǎn);有耳石,，可以測(cè)出平移加速度,。這些器官能確保人在各種狀態(tài)下保持平衡，及時(shí)避險(xiǎn),。
事實(shí)上,，多種傳感器的功能與人和動(dòng)物的感官功能類似。鳥(niǎo)類體內(nèi),，好比有磁傳感器;“電子鼻”可用于食品質(zhì)量檢測(cè),、毒品搜查，與狗鼻相仿;味覺(jué)傳感器將化 學(xué)材料與微電子器件結(jié)合,，能識(shí)別多種味道;聽(tīng)覺(jué)傳感器與人工智能結(jié)合后,，能判斷各種聲音源的方向和距離，并能與人對(duì)話,。
在所有“感官”傳感器中,，視覺(jué)傳感器的研發(fā)難度最大。張曉林告訴記者,，國(guó)際上已研制出的視覺(jué)傳感器包括：雷達(dá)式傳感器,、單攝像機(jī)傳感器、雙攝像機(jī)傳感器等,。雷達(dá)式傳感器是一種主動(dòng)式視覺(jué)傳感技術(shù)，與被動(dòng)式采光的攝像機(jī)相比,，能耗比較大,，“看”到的圖像信息也不夠多，未來(lái)不會(huì)是機(jī)器人的主流技術(shù),。攝像機(jī)則與人眼一樣,，都是被動(dòng)式采光，但如果只用一臺(tái)攝像機(jī),，就無(wú)法獲取立體圖像,，所以雙攝像機(jī)傳感器是未來(lái)視覺(jué)的主流技術(shù)。
谷歌,、奔馳,、斯巴魯正在研制的無(wú)人駕駛汽車，都采用雙攝像機(jī)傳感器,。不過(guò),，這些公司研制的視覺(jué)傳感器都是固定的雙目，而不像人眼那樣左右眼配合運(yùn)動(dòng),。張 曉林在日本獲得機(jī)器人博士學(xué)位后,，做了8年人眼生理學(xué)研究，認(rèn)為模仿人眼,、雙攝像機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)作的視覺(jué)傳感器才是最優(yōu)技術(shù)方案,。從日本歸國(guó)的他,，正在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì) 進(jìn)行“仿生眼”研究，并組建了上海弼智仿生高科技有限公司,，從事科技成果轉(zhuǎn)化,。
就像人的雙眼一樣，仿生眼的左右眼在觀測(cè)時(shí),，能協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),，保持一種基本固定的位置關(guān)系。這樣一來(lái),，兩臺(tái)攝像機(jī)采集的圖像就有了很高的匹配度,，使計(jì)算 機(jī)三維建模的精準(zhǔn)度大幅上升。完成三維建模后,，包括無(wú)人駕駛汽車在內(nèi)的機(jī)器人可以準(zhǔn)確識(shí)別外部世界,，而不會(huì)像過(guò)去的機(jī)器人那樣無(wú)法區(qū)分真實(shí)的人臉和人臉照 片。
人眼還具有跟蹤物體,、跳躍性切換觀測(cè),、防震動(dòng)等優(yōu)越性能，仿生眼團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多年研究,，讓機(jī)器人的雙眼基本具備了這些能力,。在實(shí)驗(yàn)錄像 中，記者看到,，裝有仿生眼的機(jī)器人能自行走出實(shí)驗(yàn)室,，在大樓走廊里避開(kāi)各種障礙物后返回;對(duì)準(zhǔn)一只乒乓球的仿生眼，能一下子轉(zhuǎn)變方向,，對(duì)準(zhǔn)另一只乒乓球; 在防震實(shí)驗(yàn)中,，放在馬鞍上的仿生眼雖然上下振動(dòng)，采集到的圖像卻很穩(wěn)定,。
上海要為
智能時(shí)代搶占先機(jī)
目前,，上海市科委正在聯(lián)合多家企業(yè)和高校院所，準(zhǔn)備研發(fā)一款擁有智能“五官”的服務(wù)機(jī)器人,。精準(zhǔn)的三維視覺(jué),、智能的語(yǔ)音對(duì)話、靈巧的雙手……是未來(lái)服務(wù)機(jī)器人的標(biāo)配,。許多專家預(yù)測(cè),，今后每家都會(huì)有智能機(jī)器人，成為每個(gè)人生活中不可或缺的助手,。
近日,，微信上流傳一篇文章，稱未來(lái)5—10年內(nèi),，我們將進(jìn)入“智能一切”時(shí)代,。在這個(gè)時(shí)代,，手表、項(xiàng)鏈,、戒指,、眼鏡、桌子,、汽車等幾乎所有終端設(shè)備,，都 是智能化的。從早晨睜開(kāi)眼的那一刻,，你就置身于一個(gè)智能機(jī)器人充斥的環(huán)境中,。房間本身就是智能機(jī)器人，智能衛(wèi)浴會(huì)為你自動(dòng)調(diào)整洗浴水溫,，智能廚房會(huì)自動(dòng)烹 飪?cè)绮?。出門上班時(shí)，交通工具是一輛無(wú)人駕駛汽車,。走進(jìn)辦公室后,，智能桌子會(huì)立刻感應(yīng)到，為你打開(kāi)電子郵箱和一天的工作日程表,。你的手上戴著一枚具有感應(yīng) 和身份認(rèn)證功能的戒指,。走到冰箱前，用戒指敲一下冰箱,，它會(huì)自動(dòng)通過(guò)文字,、圖像或語(yǔ)音告訴你哪些水果沒(méi)有了，你能在冰箱觸摸屏上直接下單購(gòu)買,。走到衣櫥前 用戒指敲一下，它會(huì)自動(dòng)告訴你哪幾款適合搭配,，你也可以通過(guò)衣櫥直接進(jìn)入電商頁(yè)面,，選購(gòu)新款服裝。
所謂的“智能一切”時(shí)代,，就是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,。這個(gè)時(shí)代很可能會(huì)到來(lái)，雖然未必是未來(lái)5—10年內(nèi),。中科院上海微系統(tǒng)所所長(zhǎng)王曦院士認(rèn)為,，萬(wàn)物互聯(lián)是那個(gè)時(shí)代的特征，配備在各種物品上的傳感器數(shù)量將達(dá)到千億規(guī)模,，上海應(yīng)在傳感器產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中加快布局,，占得先機(jī)。
為此,，中科院上海微系統(tǒng)所在政府的支持下組建了上海微技術(shù)工業(yè)研究院,，已孵化出上海矽?？萍加邢薰尽⑸虾ｅ鲋欠律呖萍加邢薰镜纫慌邪l(fā)各類傳感器的企業(yè),。他們自主研發(fā)的產(chǎn)品已陸續(xù)進(jìn)入市場(chǎng),，為各種智能終端提供“感官系統(tǒng)”。