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？為什么說它們是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的智能“感官”？記者采訪了中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、上海矽?？萍加邢薰镜膶＜?。
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?？萍加邢薰臼紫瘓?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；聽覺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，視覺傳感器的研發(fā)難度最大。張曉林告訴記者，國際上已研制出的視覺傳感器包括：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)，就無法獲取立體圖像，所以雙攝像機(jī)傳感器是未來視覺的主流技術(shù)。
谷歌、奔馳、斯巴魯正在研制的無人駕駛汽車，都采用雙攝像機(jī)傳感器。不過，這些公司研制的視覺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)作的視覺傳感器才是最優(yōu)技術(shù)方案。從日本歸國的他，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。