傳感器革命不僅僅只是在敲我們的門——它已經(jīng)打開(kāi)了鎖，并進(jìn)入了屋里。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備像兔子一樣繁殖，人工智能每分鐘都在變得更聰明，對(duì)可持續(xù)性的追求正在改變我們對(duì)待電子設(shè)計(jì)的方式。這些力量正在匯聚，形成傳感器創(chuàng)新的巨大浪潮。 傳感器不再是簡(jiǎn)單的輸入設(shè)備，那些日子已經(jīng)過(guò)去了。如今，它們是我們?nèi)找婊ヂ?lián)世界的眼睛、耳朵和神經(jīng)系統(tǒng)。作為一名電子工程師或設(shè)計(jì)師，你正站在傳感器革命的前沿，這場(chǎng)革命承諾將釋放下一代電子創(chuàng)新的潛力。

感知未來(lái)

我們生活在一個(gè)汽車比人類看得更清楚、你的手表在你生病之前就知道、工廠可以預(yù)測(cè)并預(yù)防故障發(fā)生的世界。從自動(dòng)駕駛汽車到個(gè)性化醫(yī)療保健，傳感器正在推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新。在傳感器技術(shù)方面保持領(lǐng)先對(duì)于希望在快速變化的行業(yè)中取得成功的人來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。 考慮到這一點(diǎn)，讓我們來(lái)看看 2025 年將掀起波瀾的十種傳感器類型：

1. 智能增強(qiáng)成像傳感器：永不眨眼的眼睛

記得當(dāng)時(shí)相機(jī)只是拍照嗎？那些日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。AI 增強(qiáng)的成像傳感器就像給機(jī)器裝上了眼睛——永遠(yuǎn)不會(huì)眨眼、永遠(yuǎn)不會(huì)累，能看到人類無(wú)法看到的東西。這些傳感器將高分辨率成像與芯片上的 AI 處理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)物體識(shí)別和面部分析等功能。不久的將來(lái)，它們甚至可能檢測(cè)到情緒。 人工智能增強(qiáng)的成像傳感器被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，從能夠?qū)Ш綇?fù)雜城市環(huán)境的自動(dòng)駕駛汽車到能夠檢測(cè)潛在威脅的安全系統(tǒng)。例如，三星 ISOCELL 傳感器具有高分辨率和先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，以提供增強(qiáng)的圖像質(zhì)量和面部識(shí)別等能力。

2. 量子傳感器：亞原子感知派對(duì)

如果增強(qiáng)型 AI 成像傳感器像是給機(jī)器裝上了眼睛，那么量子傳感器就像是給了它們第六感。這些令人驚嘆的設(shè)備利用量子力學(xué)的奇特原理，實(shí)現(xiàn)了前所未有的靈敏度和精確度。這些傳感器如此靈敏，以至于它們可以檢測(cè)單個(gè)光子或以精確的精度測(cè)量地球磁場(chǎng)的變化。 量子傳感器將在氣候變化監(jiān)測(cè)、GPS 拒絕環(huán)境中的導(dǎo)航和高級(jí)科學(xué)研究等領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響。推動(dòng)這些突破的產(chǎn)品包括 Infleqtion（原名 ColdQuanta）的量子核心傳感器平臺(tái)。該平臺(tái)利用冷原子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各種量子傳感應(yīng)用，包括高度精確的原子鐘和量子重力儀。

3. 神經(jīng)形態(tài)傳感器：讓老傳感器學(xué)會(huì)新技能

神經(jīng)形態(tài)傳感器是傳感器世界的天才。它們被設(shè)計(jì)來(lái)模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和功能，這些傳感器以與人類大腦驚人的相似方式處理信息。結(jié)果呢？能夠?qū)W習(xí)、適應(yīng)并在運(yùn)行中做出決策的傳感器。 類腦傳感器預(yù)計(jì)將在先進(jìn)人工智能系統(tǒng)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，可能使邊緣數(shù)據(jù)處理的效率更高、更智能。雖然不是嚴(yán)格意義上的傳感器，BrainChip 的 Akida 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器芯片可以與各種傳感器集成，以實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的類腦處理。

4. 高端 MEMS 傳感器：微小的巨獸

微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）傳感器已經(jīng)存在了一段時(shí)間，但它們即將迎來(lái)一次重大升級(jí)。到 2025 年，我們預(yù)計(jì)將看到更小、更精確、能夠測(cè)量更廣泛物理現(xiàn)象的 MEMS 傳感器。 這些微型巨獸將使下一代物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備成為可能，從能檢測(cè)到最微小運(yùn)動(dòng)的超靈敏加速度計(jì)到能分析化學(xué)成分的微型光譜儀。例如，博世 Sensortec BMI270 高性能 IMU 將 MEMS 加速度計(jì)和 MEMS 陀螺儀集成在一個(gè)小巧的封裝中，使其非常適合可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

5. 石墨烯傳感器：神奇材料再次出擊

石墨烯有時(shí)被稱為 21 世紀(jì)的奇跡材料，預(yù)計(jì)將在傳感器領(lǐng)域掀起一場(chǎng)大浪。得益于其獨(dú)特的性質(zhì)——驚人的強(qiáng)度、柔韌性和導(dǎo)電性——基于石墨烯的傳感器可以以前所未有的靈敏度檢測(cè)從氣體分子到生物分子的一切。 石墨烯傳感器很可能在從環(huán)境科學(xué)到醫(yī)療診斷的眾多應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。Graphenea 是該領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一，其石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管（GFET）傳感器為氣體傳感和生物傳感應(yīng)用提供了高靈敏度。

6. 生物可降解傳感器：有溫度的感知

隨著對(duì)可持續(xù)性的推動(dòng)不斷增長(zhǎng)，生物降解傳感器受到了很多關(guān)注。這些環(huán)保傳感器設(shè)計(jì)在使用壽命結(jié)束后自然分解，減少電子垃圾和環(huán)境影響。在未來(lái)幾年，我們將看到生物降解傳感器在農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和短期醫(yī)療植入中的應(yīng)用。 西北大學(xué)羅杰斯（ Rogers）研究組在這一領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。研究團(tuán)隊(duì)專注于開(kāi)發(fā)瞬態(tài)電子設(shè)備，包括為醫(yī)療應(yīng)用設(shè)計(jì)的可生物降解傳感器。雖然目前尚未提供商業(yè)產(chǎn)品，但該組的可生物降解傳感器在這一新興領(lǐng)域的最前沿。

7. 太赫茲傳感器：透視無(wú)形

太赫茲傳感器在微波和紅外光之間工作，允許它們“看穿”對(duì)可見(jiàn)光不透明的材料。它們將改變無(wú)損檢測(cè)、安全檢查和醫(yī)學(xué)成像等領(lǐng)域。太赫茲傳感器將能夠檢測(cè)材料中的隱藏缺陷，發(fā)現(xiàn)隱藏的武器，甚至診斷皮膚癌。這就像給你的傳感器賦予了 X 光視力。 一個(gè)例子是 TeraSense 的太赫茲成像相機(jī)，它為無(wú)損檢測(cè)和安全應(yīng)用提供高分辨率成像。

8. 高光譜成像傳感器：無(wú)限可能的光譜彩虹

如果普通相機(jī)以三種顏色捕捉世界，高光譜成像傳感器則捕捉數(shù)百種顏色。這些傳感器可以檢測(cè)和分析電磁譜范圍內(nèi)的光，揭示肉眼無(wú)法看到的信息。我們開(kāi)始看到高光譜傳感器如何影響從農(nóng)業(yè)到礦物學(xué)等行業(yè)。它們將幫助農(nóng)民優(yōu)化作物產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)更高效的回收過(guò)程，甚至協(xié)助尋找新的礦產(chǎn)資源。 例如，HySpex SWIR-384 高光譜相機(jī)配備了一款先進(jìn)的 MCT 傳感器，該傳感器可以進(jìn)行冷卻以提高性能。它適用于高質(zhì)量的光譜成像，適用于遙感工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用。

9. 軟性可拉伸傳感器：柔性成為新潮流

剛性傳感器已經(jīng)過(guò)時(shí)了。就像柔性連接器的興起一樣，未來(lái)屬于柔軟且可拉伸的傳感器，它們可以適應(yīng)曲面并承受變形。這些柔性組件正在為可穿戴技術(shù)、機(jī)器人和人機(jī)界面開(kāi)辟新的可能性。柔軟的傳感器正被集成到服裝中，直接應(yīng)用于皮膚進(jìn)行健康監(jiān)測(cè)，并融入軟體機(jī)器人。 StretchSense 的基于布料的電容式傳感器在此領(lǐng)域受到關(guān)注。它們可以集成到手套和服裝中，用于動(dòng)作捕捉和可穿戴應(yīng)用。

10. 光子集成電路傳感器：光速傳感

最后但同樣重要的是，光子集成電路（Photonic Integrated Circuits, PIC）傳感器將在未來(lái)幾年大放異彩。這些傳感器使用光而不是電來(lái)檢測(cè)和測(cè)量各種現(xiàn)象，在速度、靈敏度和功率效率方面具有優(yōu)勢(shì)。PIC 傳感器用于高速數(shù)據(jù)通信、自動(dòng)駕駛汽車的激光雷達(dá)系統(tǒng)，甚至量子計(jì)算。這就像是將您的傳感器從撥號(hào)調(diào)制解調(diào)器升級(jí)到光纖連接一樣。 雖然不是一個(gè)特定的傳感器，Infinera 的光子集成電路在光通信和其他領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了各種傳感應(yīng)用。

克服障礙：并非一帆風(fēng)順

實(shí)施這些高級(jí)傳感器并非沒(méi)有挑戰(zhàn)。集成問(wèn)題、功耗問(wèn)題以及數(shù)據(jù)處理瓶頸是工程師需要克服的幾個(gè)障礙。克服這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵在于整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)、先進(jìn)的電源管理技術(shù)和復(fù)雜的邊緣計(jì)算解決方案。

傳感器革命已經(jīng)到來(lái)：你準(zhǔn)備好了嗎？

新技術(shù)正在準(zhǔn)備改變行業(yè)，啟用新的應(yīng)用，并改變我們與世界互動(dòng)的方式。作為電子工程師和設(shè)計(jì)師，我們有特權(quán)也有責(zé)任利用這些技術(shù)為所有人謀福利。所以，讓我們擼起袖子開(kāi)始工作吧。傳感器革命已經(jīng)到來(lái)，是時(shí)候弄清楚這一切了。

關(guān)于作者Adam J. Fleischer

Adam J. Fleischer是 etimes.com 的負(fù)責(zé)人，這是一家與科技領(lǐng)導(dǎo)者（如微軟、SAP、IBM 和 Arrow Electronics）以及小型高增長(zhǎng)公司合作的技術(shù)營(yíng)銷咨詢公司。

審核編輯 黃宇