如果“每年使用一萬億個傳感器”的社會能夠實現(xiàn),就會為電子部件廠商帶來巨大商機。瞄準廣義基礎設施領域的多種傳感器、致動器、能量采集(環(huán)保發(fā)電)器件的開發(fā)也日漸活躍。本文將這些主要用于建筑物、醫(yī)療、交通工具及農業(yè)等的電子部件稱為“社會器件”。
其中,各企業(yè)的競爭焦點是傳感器。除了已經形成市場的普通的加速度傳感器、角速度傳感器及接近傳感器等之外,還有用于各類用途的多種多樣的傳感器市場。面向農業(yè)及健康管理等用途,能夠檢測以前無法測量的數(shù)值的傳感器也正在開發(fā)中。
根據(jù)體溫和活動量診斷禽流感
能夠反映社會元件應用范圍之廣的是日本產業(yè)技術綜合研究所和東京大學正在聯(lián)合開發(fā)的一種傳感器系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以判斷雞是否患上了禽流感(參閱本站報道,圖4)。
圖4 判定禽流感
安裝到養(yǎng)雞場的雞身上,根據(jù)其體溫和活動量判斷是否患上禽流感的傳感器。(圖片來自產業(yè)技術綜合研究所)(點擊放大)
該傳感器系統(tǒng)組合使用多個傳感器,實現(xiàn)了對禽流感的判斷。雞一旦患上禽流感,其體溫和活動量就會發(fā)生變化,因此可根據(jù)加速度傳感器和溫度傳感器測量的體溫和活動量進行診斷。傳感器安裝在飼養(yǎng)的雞身上,在雞的約500天壽命內無需更換電池。為降低耗電量,開發(fā)出了專用的活動量傳感器(MEMS加速度傳感器),以及以低功耗對傳感器數(shù)據(jù)進行A-D轉換的電路。
產綜研認為,如果進一步提高活動量傳感器的可靠性,該系統(tǒng)就能達到實用水平。計劃最初將每個無線傳感器系統(tǒng)的價格控制在3000日元左右。
利用近紅外光使癌細胞可視化
有的企業(yè)還再嘗試檢測以前看不到的東西。羅姆正在進行的一項研究的目標是實現(xiàn)皮下數(shù)cm深的體內可視化。該公司常務董事兼研究開發(fā)本部長高須秀視充滿期待地表示,“將能夠在體外看到(位于這一深度的)癌細胞”。
羅姆使用的是可以捕捉近紅外光的圖像傳感器(圖5),利用了近紅外光可穿過人體數(shù)cm左右的特性。該技術的實用化時間尚未確定。高須部長表示,因為還能看到血液流動情況,所以“將來還能夠根據(jù)流經腦部的血液找到大腦的活躍部位。這樣的話,或許就能開發(fā)出可讀取正在玩游戲的用戶的情緒并讓人感到出其不意的游戲軟件”。
圖5 利用近紅外光實現(xiàn)體內可視化
用羅姆的近紅外光傳感器拍攝的手掌。(a)為原圖像。(b)將多個波長的拍攝數(shù)據(jù)結合在一起并進行圖像處理,突出了血管。(圖片來自羅姆)(點擊放大)近紅外圖像傳感器由羅姆和日本產業(yè)技術綜合研究所聯(lián)合開發(fā)。該傳感器在Si-CMOS圖像傳感器中層疊了化合物CIGS(CuInGaSe2)的薄膜,除了可見光之外,還可拍攝到硅圖像傳感器看不到的近紅外區(qū)域。
實時測量耕地的養(yǎng)分
能夠測量以前無法檢測的數(shù)據(jù)的傳感器將來有望獲得巨大市場。比如,如果人們發(fā)現(xiàn)檢測耕地狀態(tài)的傳感器能獲得改良耕地以及增加產量的效果,其需求就有望迅速擴大。目前,研究機構及企業(yè)在應該測量什么數(shù)值方面還處于不斷摸索的階段。日本的豐橋技術科學大學、愛知縣農業(yè)綜合試驗場及科學技術振興機構聯(lián)合開發(fā)出了用于農業(yè)生產的傳感器,除了地下的溫度之外,這種傳感器還能實時測量養(yǎng)分濃度(氮和磷的離子濃度)(參閱本站報道,圖2照片,圖6)。
圖6 測量養(yǎng)分濃度和溫度的傳感器
耕地的養(yǎng)分濃度可根據(jù)上部電極之間通過的電流來測量,溫度則由pn結部位測量。(圖片來自豐橋技術科學大學)(點擊放大)
可在高溫下工作的傳感器以及可在體內工作的傳感器
希望利用可應對嚴酷測量環(huán)境的傳感器來擴大用途的研發(fā)活動也十分活躍。比如,有的研究設想環(huán)境溫度達到數(shù)百攝氏度,用溫度達到數(shù)百攝氏度時也能表現(xiàn)出半導體特性的SiC取代了一百幾十攝氏度便達到極限的硅。在該研究領域處于領先地位的是美國加州大學伯克利分校,其目標是開發(fā)出可測量溫度很高的地底深處、汽車發(fā)動機汽缸內等處的溫度和壓力的傳感器。
還有的研究使用能夠嵌入或吞入體內的材料構成傳感器。美國佐治亞理工學院就在開發(fā)具備壓力傳感器和無線通信電路等的體內嵌入式器件。該器件由導電金屬和絕緣薄膜構成,發(fā)揮完作用之后就會溶解于體液中。使用的金屬是對人體無害的鋅,薄膜則采用了PLA(聚乳酸)和PCL(聚己酸內酯)。這些材料組合在一起可形成電感器和電容器,能夠根據(jù)構成的共振電路的頻率變化檢測出壓力的變化。(記者:三宅 常之,Tech-On?。?
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