MEMS 传感器已经存在了很长时间，但市场对新应用的需求正在推动技术升级。由于体积小、精度高、可靠性高，MEMS传感器非常适合可穿戴设备。 例如，气压传感器非常适合嵌入手表、健身手环、耳机或智能手机中，以支持可以感知您是在平坦区域、斜坡上还是楼梯上行走的健身参数。他们为标准二维 (X, Y) 导航设备添加了第三 (Z) 维度。事实上，有些是足够灵敏和准确的，因此紧急呼叫可以向救援人员发出信号，告诉救援人员你在摩天大楼的哪一层。 Bosch Sensortec 现已将 BMP 384 强大的气压传感器引入可穿戴设备市场。它采用凝胶填充封装进行了加固，这是气压传感器的一项创新。这使其能够防水和各

气体传感是一项关键功能，但该技术几十年来没有改变。因此，当我听说 NevadaNano（内华达州 Sparks）推出了一种全新类型的传感器时，我决定采访他们的工程总监 Ben Rogers。 分子特性光谱仪 他们将他们的传感器（一种基于 MEMS 的设备）称为 Molecular Property Spectrometer™ (MPS™)。 MPS 可燃气体传感器可以检测和识别 12 种最常见的可燃气体的浓度，包括氢气； MPS 甲烷气体传感器旨在监测石油和天然气行业的甲烷泄漏； MPS 制冷剂气体传感器可检测轻度易燃的低全球变暖制冷剂——所有制冷剂均基于相同的技术。根据 Rogers 的

在过去的 75 年里，传感器在医学进步中发挥着越来越重要的作用。 用于监测人们生命体征（包括温度、血压、心率和呼吸频率）的医疗传感器变得越来越复杂。但传感器也可用于测量医疗设备的生命体征。 温度监测 玻璃球温度计已经使用了几十年来测量体温。在 1970 年代，它们被带有数字显示的电子版本所取代。这些是微创设备，需要插入患者身体的某个地方。 今天，最常见的设备是基于热电堆的非接触式温度传感器，其工作方式类似于微型红外摄像机。它们测量皮肤的辐射热能并提供与皮肤温度成比例的输出信号。他们可以在几秒钟内完成读数，并且不接触，有助于避免细菌和病毒的传播。 它们采用小型 TO-5 或 TO-18

从电子设备到高效汽车，消费者对具有更高能量密度的更紧凑、更轻便、快速充电的电池技术的需求不断增长。同时，电池也应该是安全的，即使是在灾难性事件中。锂离子 (Li-ion) 已成为工程师和设计师最喜欢的电池技术，因为它可以满足许多此类需求，并且具有成本效益。然而，随着电池设计人员不断突破锂离子电池功能的极限，其中许多要求可能会相互冲突。 锂离子电池的充电和放电行为会导致其内部组件的温度、电化学和力学发生变化。这些动态也会导致电池外壳内的界面压力发生变化。许多熟悉锂离子电池设计的人会说，这些压力变化会产生电池“呼吸”的效果。随着时间的推移，这可能会影响电池性能，在极端情况下，可能会导致潜在的危险

我们正处于 AI（人工智能）爆炸的时代。一切——从你的冰箱到你的狗碗——都将成为人工智能神经元网络的一部分。人工智能市场的全球收入（包括软件、硬件和服务）预计将在 2021 年同比增长 16.4% 至 3275 亿美元，到 2024 年，该市场预计将突破 5000 亿美元大关。 虽然这些数字令人印象深刻，但人工智能只有在能够从大量不同来源获得源源不断的数据流时才能发挥其全部潜力。为了以能够实现高价值 AI 输出的速率收集数据，您需要一个无处不在的传感器网络。传感器是激发 AI 突触的神经元。这些协同作用对于输出的频率和质量至关重要。 在过去的几年里，传感器已经开始成为物联网的框架。到 20

为了了解 MEMS 汽车导航系统的未来发展方向，我采访了 ACEINNA, Inc.（马萨诸塞州波士顿）的 CEO Yang Zhao 和营销与业务发展副总裁 Teoman Ustun。 技术简介： 为什么称ACEINNA IMU为下一代？ 杨钊： 在理想条件下，您可以使用一个摄像头导航汽车。但为了始终保持安全性和可用性，自动驾驶汽车越来越依赖额外的传感器技术。但是，视觉、雷达、激光雷达、GNSS、RTK 等传感器在某些情况下都可能失明。 IMU 是唯一一个即使在所有其他传感器都发生故障时仍能继续工作的传感器。我们面临的挑战是增加 IMU 航位推算可靠的时间。我们现在的产品更像是一个高端的

在电路板行业，越来越多的零件和电路板被证明难以通过自动光学检测 (AOI) 进行检测，因为焊料是不可见的。此外，汽车行业的接合强度和焊料的全表面检测等高质量要求也越来越高。为了满足这些需求，Omron 引入了新技术，用于在所需的内联时间（为满足客户需求而必须完成产品的速度）内完成检查。这是计算机断层扫描 (CT) X 射线自动检测设备最具挑战性的要求之一。对于连续成像技术，需要高精度的定位控制和高速的图像传感。 新检查方法的案例 近年来，电动汽车 (EV)、高级驾驶辅助系统 (ADAS) 甚至自动驾驶都取得了显着的技术进步。对于电路板安装领域来说，这意味着朝着进一步致密化的方向发展，而越来越

在许多运动控制应用中，有必要知道电机转子或其负载的位置、速度甚至加速度。根据应用和设计细节，电机控制器可能需要精确、近似或根本不需要知道这些参数。通过了解电机情况和转子状态，电机控制器具有闭环场景（图1）。 当然，电机的速度、位置和加速度是密切相关的。因为速度是位置的导数（时间变化率），加速度是速度的导数，所以可以确定所有三个因素，即使只知道其中一个因素（也请注意补码：速度是加速度的积分和位置是速度的积分）。 然而，在实践中，由于分辨率和噪声的原因，这种确定相关参数的方法通常（但并非总是）不足。例如，知道转子已完成另一次旋转会告诉您所有三个变量，但分辨率非常低且通常不可接受。根据应用的不

在石油和天然气海底生产系统中，海底“圣诞树”安装在井口上。每棵树通过多个过程阀控制其各自井的石油和天然气生产。每个过程阀均由海底阀门执行器 (SVA) 驱动，该执行器必须能够在每种操作状态下安全关闭阀门，即使在电源故障期间也是如此。 对海底生产系统的要求非常高。操作可用性和安全性对于生产石油和天然气以保护人员和环境的水下系统尤为重要。此外，保护海洋免受传统 SVA 中使用的液压油的处置造成的污染现在也成为一个关键优先事项。 混合 SVA 的新概念将机电和电动液压装置结合在一个紧凑的单元中，用于深海应用，例如操作 2 闸阀（图 1）。这种混合 SVA 旨在满足高达 SIL3 的安全要求，可

智能结构监控和响应测试 (iSMaRT) 实验室 匹兹堡大学斯旺森工程学院设计了一类新的自我意识材料。 自供电超材料系统实际上是它自己的传感器，记录和传递有关其结构上的压力和应力的重要信息。 iSMaRT 实验室负责人、土木与环境工程和生物工程助理教授 Amir Alavi 表示，该功能支持广泛的传感和监控应用。 该团队的研究最近发表在 Nano Energy . “我们发明的具有自我意识的超材料系统可以通过在多尺度上融合先进的超材料和能量收集技术来提供这些特性，无论是医疗支架、减震器还是飞机机翼，”Alavi 教授说 . 现有的自传感材料是依赖于不同形式的碳纤维作为传感模块的复

在海滩上丢了东西？麻省理工学院的“挖掘机手指”在沙子和砾石中挖掘以探测埋藏的物体。 这种纤细的数字式设备配备触觉感应，有朝一日可以安装在机械臂上，用于发现地下电缆甚至爆炸物。 麻省理工学院团队的研究将在下一届国际实验机器人研讨会上发表 . 为了检测沙子和粗粒米中的各种 3D 打印物体，麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室 (CSAIL) 的团队精简了他们现有的名为 GelSight ，建于 2017 年。 原始（体积更大）的 GelSight 采用透明凝胶，上面覆盖有反射膜，当物体压在它上面时会变形（请参阅上述视频中的变形示例 ）。三种颜色的 LED 灯和一个摄像头位于传感器后

北卡罗来纳州立大学的工程师不断提高佩戴在手腕上的灵活设备的效率，该设备从人体收集热能以监测健康状况。 研究人员报告称，他们在 2017 年首次报告并于 2020 年更新的柔性体热收集器在防止热泄漏方面取得了显着增强。收集器利用人体的热能为可穿戴技术提供动力——想想可以测量心率、血液的智能手表氧气、葡萄糖和其他健康参数——它们永远不需要给电池充电。该技术依赖于控制将热能转化为电能的刚性热电采集器的相同原理。 符合人体的柔性收割机非常适合与可穿戴技术一起使用。北卡罗来纳州电气和计算机工程教授 Mehmet Ozturk 提​​到了与柔性设备的出色皮肤接触，以及对设备佩戴者的人体工程学和舒适度考

当房间中的易燃材料几乎同时点燃时，就会发生一种被称为“闪络”的致命现象。作为消防员的盲点，该事件产生的火焰仅受可用氧气量的限制。 一种称为 P-Flash 的新工具可以估计闪络何时迫在眉睫。该技术由美国国家标准与技术研究院 (NIST) 的研究人员开发，还向响应者提供闪络警告。 什么是闪络？ 闪络特别危险，因为很少有警告标志可以帮助消防员提前发现它们。在低能见度、高压力的救援环境中，一些闪络指标（例如越来越强烈的热量或穿过天花板的滚滚火焰）很容易被忽略。 NIST 研究员克里斯托弗·布朗 (Christopher Brown) 说：“我认为消防部门没有很多技术工具可以预测现场的闪络。”

苏塞克斯大学的物理学家开发了一种极薄的大面积太赫兹半导体表面源，仅由几个原子层组成，与现有的电子平台兼容。 太赫兹光源发出短暂的光脉冲，每秒振荡数万亿次。在这种规模下，它们的速度太快，无法由标准电子设备处理，而且直到最近，它们还太慢而无法由光学技术处理。这对于发展超过 300GHz 极限的超高速通信设备（例如 6G 手机技术所需的）具有重要意义，这仍然从根本上超出了当前电子设备的极限。苏塞克斯大学新兴光子学 (EPic) 实验室的研究人员是表面太赫兹发射技术的领导者，他们实现了迄今为止展示的最亮和最薄的表面半导体源。他们新开发的太赫兹半导体源的发射区域比之前实现的要薄 10 倍，具有可比甚至

原子薄材料是硅基晶体管的有前途的替代品；现在研究人员可以更有效地将它们连接到其他芯片元件。 摩尔定律是著名的预测，即可以封装到微芯片上的晶体管数量每隔几年就会翻一番，但它已经达到了基本的物理极限。除非找到新的方法，否则这些限制可能会导致几十年的进步停滞不前。 正在探索的一个新方向是使用原子级薄材料代替硅作为新型晶体管的基础，但将这些“2D”材料连接到其他传统电子元件已被证明是困难的。 现在，麻省理工学院、加州大学伯克利分校、台湾半导体制造公司和其他地方的研究人员已经找到了一种制造这些电气连接的新方法，这可能有助于释放二维材料的潜力并进一步实现组件的小型化——可能就足够了研究人员表示，至少

在光频梳作为光尺首次亮相后，衍生产品随之而来，包括用于测量星光的“天文梳”和用于检测天然气泄漏的类似雷达的梳状系统。现在，研究人员推出了用于测量“奶牛打嗝”的“农用梳子”。 agricomb 可以帮助优化农业生产过程，减少温室气体的产生。 美国国家标准与技术研究院 (NIST) 和堪萨斯州立大学 (KSU) 的研究人员使用 NIST 的 agricomb 同时测量堪萨斯州肉牛饲养场周围大气中甲烷、氨、二氧化碳和水蒸气的排放量。 NIST 设备——一个双梳系统——根据当梳状光在露天路径中来回发送时被大气吸收的红外光的确切色调和数量来识别微量气体。 便携式系统安装在停在饲养场旁边的拖车内。激光

加州大学圣地亚哥分校的工程师开发了一种柔软、有弹性的皮肤贴片，可以戴在脖子上，以连续跟踪血压和心率，同时测量佩戴者的葡萄糖、乳酸、酒精或咖啡因水平。它是第一款同时监测人体心血管信号和多种生化水平的可穿戴设备。 这种设备可以使管理高血压和糖尿病的人受益——这些人也有患 COVID-19 重病的高风险。还可用于检测脓毒症的发病情况，脓毒症的特点是血压突然下降，乳酸水平迅速升高。 一个可以做到这一切的柔软皮肤贴片还可以为重症监护病房的患者（包括新生儿重症监护病房的婴儿）提供一种方便的替代方案，他们需要持续监测血压和其他生命体征。这些程序目前涉及在患者动脉深处插入导管，并将患者与多台医院监护仪相连

通常，复合材料的无损评估（通过超声波或其他方式）在固化过程之前或之后进行，但许多缺陷会在固化过程中消失并形成。 NASA Langley 研究中心与 Analytical Mechanics Associates 合作开发了一种自动超声波扫描系统，用于在高压釜或烘箱中对复合材料进行原位固化监测和缺陷检测。 非破坏性系统由带有附加超声波接触探头的超声波便携式自动 C 扫描系统组成。扫描仪放置在一个绝缘容器内，用于保护扫描仪的温度敏感组件。液氮冷却系统将容器内部保持在 38 °C 以下。电动 X-Y 光栅扫描仪安装在由多孔绝缘板制成的未密封冷却容器内，悬臂扫描臂通过槽伸出冷却容器。 装有 X-

即使是士兵周围环境的微小变化也可能预示着危险。现在，机器人可以检测到这些变化，并且可以通过眼镜上的显示屏立即向士兵发出警告。研究人员在现实世界环境中展示了第一个人机团队，其中机器人检测 3D 物理变化并通过增强现实与人类实时共享该信息。然后人类能够评估收到的信息并决定后续行动。 这项工作旨在为机动和移动场景中的自主机器人地面平台提供上下文感知。大多数关于使用混合现实界面进行人机协作的学术研究并未进入现实世界环境，而是在实验室中使用外部仪器来管理人机之间共享信息所需的计算。同样，大多数为人类提供混合现实界面的工程工作并未研究与自主移动机器人的合作。 这项新研究将配备激光测距传感器 LiDAR

虽然通过标准 GPS 服务计算的实时定位对于某些车载应用来说已经足够了，但对于高精度仪器应用来说，固有的位置不连续性是不可接受的，例如视期预测和机动规划，这两者都是需要连续预测的计算宇宙飞船状态。实时定位还需要同时从四颗 GPS 卫星进行测量，这是一个必须考虑的任务限制因素。 GEONS 软件处理来自标准 GPS 接收器、车载通信设备和/或姿态传感器的数据，实时生成准确的绝对和相对导航解决方案。 GEONS 还支持其他功能，包括机载机动控制和保持编队的相对导航。当所有信息都包含在下行遥测流中时，科学家们可以快速获得所有信息。 GEONS 通过使用扩展卡尔曼滤波器 (EKF) 提供高质量的解