傳感技術(shù)同計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱。從仿生學(xué)觀點(diǎn),如果把計(jì)算機(jī)看成處理和識(shí)別信息的“大腦”,把通信系統(tǒng)看成傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”的話,那么傳感器就是“感覺器官”。傳感技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信息,并對(duì)之進(jìn)行處理(變換)和識(shí)別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù),它涉及傳感器(又稱換能器)、信息處理和識(shí)別的規(guī)劃設(shè)計(jì)、開發(fā)、制/建造、測(cè)試、應(yīng)用及評(píng)價(jià)改進(jìn)等活動(dòng)。
獲取信息靠各類傳感器,它們有各種物理量、化學(xué)量或生物量的傳感器。按照信息論的凸性定理,傳感器的功能與品質(zhì)決定了傳感系統(tǒng)獲取自然信息的信息量和信息質(zhì)量,是高品質(zhì)傳感技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)造第一個(gè)關(guān)鍵。信息處理包括信號(hào)的預(yù)處理、后置處理、特征提取與選擇等。識(shí)別的主要任務(wù)是對(duì)經(jīng)過(guò)處理信息進(jìn)行辨識(shí)與分類。它利用被識(shí)別(或診斷)對(duì)象與特征信息間的關(guān)聯(lián)關(guān)系模型對(duì)輸入的特征信息集進(jìn)行辨識(shí)、比較、分類和判斷。因此,傳感技術(shù)是遵循信息論和系統(tǒng)論的。它包含了眾多的高新技術(shù)、被眾多的產(chǎn)業(yè)廣泛采用。它也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)條件,應(yīng)該受到足夠地重視。
為了提高制造企業(yè)的生產(chǎn)率(或降低運(yùn)行時(shí)間)和產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本,工業(yè)界對(duì)傳感技術(shù)的基本要求,是能可靠地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng),完成規(guī)定的功能。
現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
1.現(xiàn)狀
無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外,與計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)相比,傳感技術(shù)的發(fā)展都落后于它們。從80年代起才開始重視和投資傳感技術(shù)的研究開發(fā)或列為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目,不少先進(jìn)的成果仍停留在研究實(shí)驗(yàn)階段,轉(zhuǎn)化率比較低。
我國(guó)從60年代開始傳感技術(shù)的研究與開發(fā),經(jīng)過(guò)從“六五”到“九五”的國(guó)家攻關(guān),在傳感器研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、可靠性改進(jìn)等方面獲得長(zhǎng)足的進(jìn)步,初步形成了傳感器研究、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的體系,并在數(shù)控機(jī)床攻關(guān)中取得了一批可喜的、為世界矚目的發(fā)明專利與工況監(jiān)控系統(tǒng)或儀器的成果。但從總體上講,它還不能適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技的迅速發(fā)展,我國(guó)不少傳感器、信號(hào)處理和識(shí)別系統(tǒng)仍然依賴進(jìn)口。同時(shí),我國(guó)傳感技術(shù)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)尚未形成,產(chǎn)品的改進(jìn)與革新速度慢,生產(chǎn)與應(yīng)用系統(tǒng)的創(chuàng)新與改進(jìn)少。
機(jī)器人技術(shù)
機(jī)器人的研究從一開始就是擬人化的,所以才有機(jī)械手、機(jī)械臂的開發(fā)與制 作,也是為了以機(jī)械來(lái)代替人去做人力所無(wú)法完成的勞作或探險(xiǎn)。但近十幾年來(lái),機(jī)器人的開發(fā)不僅越來(lái)越優(yōu)化,而且涵蓋了許多領(lǐng)域,應(yīng)用的范疇十分廣闊。大而言之,用之于太空開發(fā),月球車,深海探測(cè)器,海洋石油開采,航天飛機(jī)機(jī)械臂等,小至微型手術(shù)機(jī)械,生命監(jiān)測(cè)儀等。軍事上的用途更是日新月異,從拆彈器、清除地雷器到無(wú)人駕駛飛機(jī)、戰(zhàn)車,有人甚至預(yù)測(cè)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)可能如星球大戰(zhàn)一樣,是機(jī)器人的戰(zhàn)爭(zhēng)。至于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、遺傳生物產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)、文化產(chǎn)業(yè)、電訊業(yè)、能源開
發(fā),都將因機(jī)器人的大量登場(chǎng)而出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革命。英國(guó)電訊公司未來(lái)學(xué)部門研究員曾因準(zhǔn)確預(yù)測(cè)手機(jī)短訊、垃圾電郵及網(wǎng)上搜尋引擎的出現(xiàn)而聞名,在最近公布的科技展望五十年的預(yù)測(cè)中,其中就有數(shù)條是關(guān)于機(jī)器人的。
毋庸置疑,未來(lái)的機(jī)器人將會(huì)朝著三個(gè)方面發(fā)展:
一、與人類社會(huì)的生活更為密切地結(jié)合起來(lái),以為人作出更多的服務(wù)作為要素
二十年后,家中掃除、清潔的工作或老人的護(hù)理保健的工作可能全由機(jī)器人取代。美國(guó)舊金山的醫(yī)院已開始使用機(jī)器人為病人送藥、配藥的服務(wù)。美國(guó)的阿伊機(jī)器人公司的總裁接受媒體采訪時(shí)表示,該公司生產(chǎn)的家用大掃除機(jī)器人產(chǎn)品,2002年只有一百二十萬(wàn)美元銷售額,到2004年已猛增10倍以上。還有,家居的全自動(dòng)化,無(wú)需駕駛的自動(dòng)汽車,等等,實(shí)在無(wú)法一一計(jì)數(shù)或作出預(yù)計(jì)。
二、仿生性,生物性的大趨向
以趣味性、生物性來(lái)制造機(jī)器狗、貓、魚等動(dòng)物。譬如日本三菱重工附屬公司Ryomei Engineering研制成功的金色機(jī)械魚“金魚虎”長(zhǎng)1公尺,重25公斤,是一只不小的巨魚,能自動(dòng)暢游于水中,可協(xié)助監(jiān)察橋梁的保安和搜集魚汛的情況,監(jiān)視河水污染等。索尼公司研制的Aibo機(jī)器狗會(huì)對(duì)主人聲音有情緒反應(yīng),已能夠模仿喜怒哀樂和恐懼等情緒,將來(lái)可出現(xiàn)代替真正導(dǎo)盲犬的機(jī)器狗。另外,電影《侏羅紀(jì)公園》的恐龍機(jī)器人等也是例子。這類仿生性機(jī)器人還被廣泛用于軍事上的偵察救險(xiǎn)、情報(bào)傳送,甚至殺敵于無(wú)形的手段上去。美國(guó)夏威夷大學(xué)設(shè)有水下機(jī)器人研究中心,已具相當(dāng)規(guī)模。今年八月初俄羅斯迷你潛艇在海底為漁網(wǎng)所纏,困于190米下的深海,就得助于英國(guó)的“天蝎”號(hào)救援艇之助而脫險(xiǎn)的,“天蝎”號(hào)就是海底機(jī)器人。
三、最重要的發(fā)展是人性化
今年三月至九月于日本愛知舉行的萬(wàn)國(guó)博覽會(huì),被稱為機(jī)器人的大集合之展覽會(huì),有人甚至將之稱作“機(jī)器人萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)”,從中亦可看出日本的這一產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)及成果。在展場(chǎng)中,接待處、大會(huì)清掃工作、警備工作等,多以機(jī)器人的形式出現(xiàn)與取替。博覽會(huì)期間還舉辦多項(xiàng)人與機(jī)器人有關(guān)的活動(dòng),其中最引人注目的還是人工智能及人性化的機(jī)器人的表演,譬如接待處的一位女性機(jī)器人能聽、說(shuō)六國(guó)語(yǔ)言,而且說(shuō)話時(shí)眼、嘴皆會(huì)動(dòng),面部肌肉也有活動(dòng)。大阪大學(xué)工學(xué)院在人工智能機(jī)器人的開發(fā)方面有不俗的成績(jī),石黑浩教授制作“Actroid Repliee”,以“電視臺(tái)新聞播音員”的外貌現(xiàn)世,其手、頭和上身皆可自如活動(dòng),外形逼真,惟妙惟肖。還有造型奇特有趣的高爾夫球機(jī)器人“坎迪—5”,它內(nèi)置整個(gè)高爾夫球場(chǎng)的3D地形和球會(huì)會(huì)員的資料,并設(shè)置有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng),能作360度自如旋轉(zhuǎn),它的系統(tǒng)將愈加精密,并更具人性化,科學(xué)家預(yù)計(jì)在2020年完成其全部制作時(shí),它可充當(dāng)球僮并可從旁給予擊球建議。此外,尚有具“視覺”、“味蕾”的機(jī)器人,它的紅外線測(cè)定可以對(duì)食物及飲品的成份、含量馬上作出判定,譬如將一只蘋果擺在其手臂前,可以打印出該只蘋果的糖份、維生素含量等。最引人注目的是機(jī)器人管樂隊(duì)的演奏,以機(jī)器人演奏真正的樂器,而且隊(duì)形不斷變換,演奏技術(shù)臻于上乘。東京大學(xué)于今年八月公布已開發(fā)出人的仿真性皮膚,可如人一樣感受冷熱、痛楚、溫度反應(yīng),甚至一些人的皮膚未具有的功能都可以設(shè)定,這對(duì)仿造機(jī)器人的生命性又是一大進(jìn)步。凡此種種,不一而足。
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