未來(lái)50年傳感器將如何改變世界

　　自傳感器誕生以來(lái)，由于它可以幫助人類(lèi)將曾經(jīng)不可知、難判斷的信息變成易獲取、更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，傳感器已經(jīng)成為數(shù)字化社會(huì)最為重要的基礎(chǔ)設(shè)施。2011年，網(wǎng)景公司創(chuàng)始人與風(fēng)險(xiǎn)投資家馬克·安德森提出了非常具有創(chuàng)見(jiàn)，而且已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)的觀點(diǎn)：“軟件正在吞噬世界”。到今天，如果把句子中的“軟件”替換為“傳感器”，這一觀點(diǎn)同樣適用。

　　從智能手機(jī)到智能語(yǔ)音設(shè)備，從能源平臺(tái)到工業(yè)設(shè)備，傳感器自然而然地“化身”為人類(lèi)連接機(jī)器、人類(lèi)自身，以及自然環(huán)境的外延器官。

　　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。

　　據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年，全球?qū)⒂?000億個(gè)傳感器遍布于我們的日常生活中，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到105億美元，而可打印的柔性傳感器的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到73億美元。

　　那么，在今天，傳感器到底已經(jīng)有哪些用途？在未來(lái)，甚至在未來(lái)50年，傳感器又將經(jīng)歷怎樣的進(jìn)化，并將如何改變世界？

　　一、今日無(wú)處不在的傳感器

　　從消費(fèi)電子到農(nóng)業(yè)、從交通到醫(yī)療、從能源到航空航天，從工業(yè)到城市管理，傳感器已經(jīng)深度融入人類(lèi)生產(chǎn)與生活。

　　1.消費(fèi)電子

　　在消費(fèi)電子領(lǐng)域，隨著人類(lèi)對(duì)功能需求的不斷增加，各類(lèi)產(chǎn)品集成的傳感器也越來(lái)越多。比如，在智能手機(jī)中就裝有光線傳感器、距離傳感器、重力傳感器、陀螺儀、GPS、指紋傳感器等十多種傳感器。

　　2.農(nóng)業(yè)

　　在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，通過(guò)安裝在動(dòng)物身上或農(nóng)舍中的傳感器，我們可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)物健康狀況和各種風(fēng)險(xiǎn)，以最大限度地減少動(dòng)物疾病和死亡率，并提高生產(chǎn)力和生育率。通過(guò)田間的傳感器，我們可以精確了解天氣和土壤數(shù)據(jù)，以便確定種植、灌溉、施肥和收割的最佳時(shí)間。

　　3.建筑

　　在智能建筑中，傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑內(nèi)部的空氣質(zhì)量、光照強(qiáng)度、煙霧濃度、溫度變化等數(shù)據(jù)，從而讓我們更好地管理室內(nèi)空氣質(zhì)量，減少能源消耗，改善居住和工作環(huán)境。

　　4.醫(yī)療保健

　　在醫(yī)療保健方面，傳感器可以用于糖尿病、高血壓等慢性疾病患者的藥物和生活方式的管理，還可以幫助子女或護(hù)工實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患有老年癡呆癥或阿爾茨海默氏癥等疾病的老年人的行為。在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，可以即時(shí)尋求醫(yī)生幫助或呼叫急救服務(wù)。

　　通過(guò)傳感器，醫(yī)生可以遠(yuǎn)程監(jiān)控患者心率、血壓、血糖、心電等健康指標(biāo)，并通過(guò)可服用電子藥丸，了解患者服藥情況和治療情況，以及時(shí)給出指導(dǎo)建議。總體而言，傳感器可以降低醫(yī)院成本，提升醫(yī)療質(zhì)量，減少昂貴的緊急入院費(fèi)用的頻率和住院治療費(fèi)用。

　　5.城市管理

　　對(duì)于城市管理部門(mén)，傳感器可以幫助管理人員實(shí)時(shí)掌握燃?xì)?、電力、自?lái)水、污水等地下線路及設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；可以實(shí)時(shí)監(jiān)控道路車(chē)輛與行人流量，及時(shí)調(diào)整交通運(yùn)輸策略，以減少交通擁堵；可以告訴汽車(chē)駕駛員何處有空余車(chē)位，以避免不必要的時(shí)間浪費(fèi)，并減少碳排放；甚至可以發(fā)現(xiàn)并追蹤疾病的爆發(fā)與傳播路徑。

　　6.其他領(lǐng)域

　　沒(méi)有傳感器，就沒(méi)有物聯(lián)網(wǎng)，也就沒(méi)有工業(yè)4.0。在工業(yè)、能源、軍工等領(lǐng)域，傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的預(yù)測(cè)性維護(hù)，通過(guò)對(duì)傳感器收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可以對(duì)潛在的問(wèn)題做出反應(yīng)，從而最大限度地降低設(shè)備停機(jī)成本。

　　二、更加精彩的未來(lái)

　　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.更多的醫(yī)療應(yīng)用

　　目前，很多與健康相關(guān)的傳感器主要用在娛樂(lè)和生活方式領(lǐng)域，它們的功能達(dá)不到醫(yī)療級(jí)的要求。未來(lái)，更多醫(yī)療級(jí)的傳感器將通過(guò)嚴(yán)格的監(jiān)管審批并實(shí)現(xiàn)醫(yī)療應(yīng)用。

　　隨著實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的微型化，將加速生物危害感知的新興技術(shù)的研發(fā)，可穿戴傳感器將成為真正的醫(yī)療級(jí)設(shè)備，而非簡(jiǎn)單的生活和娛樂(lè)之用。醫(yī)療檢測(cè)將更加輕松，一臺(tái)檢測(cè)儀器可以分析更多的物質(zhì)，并減少對(duì)檢測(cè)樣品量的需求，比如，可以通過(guò)汗液和眼淚等體液即可完成健康檢測(cè)。

　　可吞服藥丸是實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)微型化的一個(gè)應(yīng)用，例如，已經(jīng)有很多健康科技初創(chuàng)企業(yè)使用可吞服傳感器替代傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡檢查，以減少患者的痛苦。還有一些科技公司研發(fā)的可吞服或可植入藥丸，可以在體內(nèi)長(zhǎng)期持續(xù)給藥，讓患者的日常治療更為輕松。

　　6.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，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。

　　7.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。

　　8.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。