传感器：智能时代的“慧眼”（开卷知新）
若将智能系统喻为“人类”，那么传感器便相当于其感官。各式各样的传感器能够感知周遭环境，并将收集到的数据传输至系统，以便进行计算、实时分析和作出判断。伴随着数字化和智能化的持续发展，各类传感器的作用范围显著扩大，为人类构建美好生活贡献了不可或缺的力量。
智能手机内集成了众多传感器，包括负责拍照的CMOS图像感应器、监测光线强度的环境光感应器，以及辅助定位的地磁感应器和陀螺仪等。正是依靠这些功能各异的传感器，手机中的各类应用得以顺畅运行，使得手机不仅成为集工作、生活、娱乐于一身的便携式智能工具，也极大地改变了人们的生活方式。风云卫星搭载的可见光与红外光电探测器，全天候地收集大气数据，精确预报气象变化，而且其传感器在月球、火星等星球上亦在运行，助力人类揭开宇宙的神秘面纱。
比人的感官更敏锐、更强大
传感器充当着信息系统的“智慧之眼”。它如同人类的眼、耳、肤等感官器官，能够察觉四周环境，助力我们领略这个五彩斑斓的世界。然而，与人类感官相比，传感器的感知能力更为敏锐、更为强劲。客观世界所蕴含的信息丰富程度，远远超出了我们感官所能触及的界限。人的视觉无法捕捉到红外线和紫外线的辐射，听觉也无法辨别次声波和超声波，而那看不见摸不着的磁场，虽然无处不在，却难以被察觉。然而，这些超出了人类感官感知范围的信息，传感器却能敏锐地“感知”到。
随着生产力的提升，人类对全面感知周遭世界的需求愈发迫切。在1821年，科学家们基于材料在温差作用下产生电压的原理，成功研发了世界上首个传感器，即温度传感器。起初，人们直接运用光、热、电、力、磁等物理现象来制造各类传感器开元ky888棋牌官网版，但这些传感器普遍存在体积庞大、灵敏度不足以及使用不便等问题。在20世纪70年代，集成传感器问世，这些传感器将敏感元件与信号电路融合为一，例如热电偶传感器、霍尔传感器以及光敏传感器等。这些传感器主要由半导体、电介质和磁性材料等固体元件组成，能够输出模拟信号。进入20世纪末，数字化传感器迎来了迅猛发展，借助“模拟/数字”转换模块，它们能够实现数字信号的输出。数字化传感器内置智能化处理模块，具备自动收集与处理信息的功能，同时能够根据环境变化自动调节作业参数；在数码相机中，光敏元件便是这一技术的典型应用。
总体而言，传感器的运作机制在于某些材料的电学性质会随着环境条件的变化而改变。比如，铂的电阻率在温度变化时会发生变化，硅在受到可见光照射时电阻会降低，石英在受到压力作用后其表面会产生电荷，诸如此类。通过电阻与温度之间的关联，我们可以制造出温度传感器；而在敏感元件上增加隔热层后，根据敏感元件的温度变化与红外辐射能量之间的联系，我们还能制造出红外传感器。在此前提下，我们能够依据目标温度与红外辐射能量间的关联，研发出一种无需接触的测温设备。例如，我们熟知的额温枪便是基于这一原理进行体温测量的。通过运用物理和化学的多种效应，人们已经制造出了灵敏度远超狗鼻子的“电子鼻”，这种设备能够探测到气体分子；还有在黑暗中也能清晰观察物体的红外相机，这些传感器种类繁多，功能强大。
没有传感器就没有数字化、智能化
数字化过程涉及将事物的特性转化为数值，进而以数字形式展现其抽象形态。依托于现代信息技术，人们得以保存、加工与传播各类数字化资料。传感器具备将事物内含的多元信息转化为电脉冲的能力，并通过数模转换器将这些电脉冲转化为数字形式，从而成为实现数字化的关键设备。使用手机进行拍照或录制视频时，手机内的光敏元件会捕捉到的光线强度信息转化为电信号开元ky888棋牌官方版，随后依照特定算法以数字形式进行编码和保存，最终在手机屏幕上呈现出可视的图像。
数字化过程依赖于传感器的信息采集。由于数字化系统处理的信息量极其巨大，单纯依靠人力或传统设备难以实现，而传感器却能实现实时、高效、精确和迅速的数据获取。因此，我们得以拥有城市大数据、天气大数据、医疗大数据以及农业大数据等。借助各种传感器，人们能够进行远程会议、在线学习、扫码支付，甚至进行直播销售，从而催生了数字经济的新形态。数字经济领域涵盖的云计算、物联网、人工智能以及5G通信等众多技术，均与传感器有着密切的联系。
若缺少传感器，数字化与智能化便无从谈起。传感器构成了智能化系统的首要环节，其性能直接影响到智能化系统以及相关仪器设备的整体水平。传感器技术已在全球信息高端器件研究领域占据领先地位，并在人工智能、智慧城市建设、5G通信技术、航空航天以及生命健康等多个领域展现出其不可或缺的重要性。一辆汽车配备着超过100种各类传感器，如压力、温度、位置、声音、光和电等，这些传感器收集的数据由车载电脑进行加工处理，从而辅助驾驶员做出决策。通过智能化数据分析，驾驶汽车的复杂程度得到了降低，使得汽车不仅更加安全，而且操控更为便捷。此外，无人驾驶汽车能够实时通过传感器获取道路信息，一旦检测到障碍物，便会借助智能分析迅速采取避让措施。都市里的摩天大楼、桥梁、隧道等构造，同样需要运用视频、温度、压力及烟雾等传感器对安全状态进行实时监测；当这些数据汇集起来，智能化的系统便会迅速进行解析，提炼出少量核心信息，以便用户作出判断。展望未来开yun体育官网入口登录app，人类的感官能力或许还能借助传感器的力量得到增强，进而构建出更为智能化的系统。
智能传感器开拓新应用场景
目前，众多传感器正朝着性能增强、成本降低的目标发展，并朝着数字化、智能化、小型化、微型化、绿色低碳以及可穿戴等多元化方向不断演进，展现出强劲的发展势头。在此过程中，智能传感器、柔性传感器以及新原理传感器的研发尤为突出，它们对于塑造全新的工作与生活方式具有重要意义。
智能传感器的研发成为一大趋势。通过智能传感技术的应用，人们能够设计并制造出具有信息获取、存储和分析能力的各类传感器单元和微型系统，从而实现低成本、高精度的信息采集。这些智能传感器在机器人、无人驾驶、智能制造以及运动数据监测等领域得到了广泛的应用，同时，它们也适用于开发无需创伤或微创的健康监测设备。动态血糖仪的流行就是一个典型的例子。糖尿病患者将柔软的传感器无感地植入体内，该传感器每隔五分钟便测量一次血糖水平，并将数据传输至手机应用程序。患者能够监控血糖曲线的波动，并据此调整饮食和锻炼等生活方式，以维持血糖稳定，部分患者甚至成功摆脱了药物和胰岛素的依赖。同时，科研人员正致力于开发可降解的电子设备，以进一步提升智能传感器在促进低碳环保生活方式方面的作用。
柔性传感器的研发成为了一个新的发展方向。众多应用场合需要传感器能够在柔性的基材上进行制作，同时具备透明、柔韧、易于伸展、能够自由弯曲甚至折叠、便于携带以及可穿戴等多种特性。目前，用于制备柔性传感器的常见材料包括碳基材料，如炭黑、碳纳米管和石墨烯等；金属纳米材料，如金属纳米线和金属纳米颗粒等；高分子聚合物以及蛋白纤维等。这种具备可拉伸性、抗撕裂性能以及自我修复特性的交联超分子聚合物薄膜电极材料，适用于生产新一代的柔性可穿戴及植入式电子器件。将多功能柔性传感器与柔性印刷电路板相结合，可制造出“智能型腰带”，佩戴于身体各部位，能够实时监测并分析生理数据，助力人们，尤其是感官功能衰退的人群，更好地掌握自己的健康状况。
新型传感器不断涌现。在基础科学领域，新的科学规律接连被揭示，研究者们正运用这些最新的科学见解来开发传感器。与此同时，技术的不断进步也对基础研究提出了新的挑战和要求。日常生活中，大众追求的是相机像素、感光性能以及处理速度等关键指标的优化；在快速进行的实验中，我们亟需一种能够捕捉飞秒级信息变化的条纹相机；在量子信息传输领域，则对能探测到单个光子的光电探测器提出了要求；而在航空航天技术领域，我们还需实现对于高速移动物体以及低温目标的探测能力，诸如此类。这些需求促使科学家们深入物理领域，探寻新的现象和规律，以提升传感器的性能水平。
科技的飞速进步，促使新型材料和先进工艺不断被采纳，由此诞生了性能卓越、种类繁多、智能化程度更高的传感器。这些传感器将开拓出更多的工作与生活新领域，助力人们深刻体验美好生活的点滴。
该作者系中国科学院院士，同时担任中国科学院上海技术物理研究所的研究员。
推荐读物
《传感器与智能时代》一书由褚君浩和李波共同创作；该作品由上海科技教育出版社负责出版发行。
《拥抱智能时代：万物互联的巨浪》：由褚君浩与周戟共同创作；此书由上海交通大学出版社出版发行。
《人工智能时代与人类未来》：基辛格等著；中信出版社出版。
版式设计：沈亦伶
禁止对特定内容进行修改，确保专有名词不受影响。
