感測元件未來趨勢

作者:Yuchi   |   2014 / 10 / 28

文章來源:股感知識庫   |   圖片來源:股感知識庫


奈米科技的進步也使感測器更精準及細微,從動作、血液流動、到腦波偵測運算,就像許多電影情結,未來電子、機器設備不僅能更超越人類的感測範圍,也能更即時分析作出判斷,與人們的生活密切結合,觸覺、嗅覺、味覺三種感測方式,未來都還有很大的發展空間,是目前科學家研究發展的重心。

觸覺感測器

觸控面板是觸覺感測最主要的產品,近期開始走紅的”指紋辨識”技術,也是觸覺感測的一種應用,指紋辨識器一般採用電容式的觸控屏,從前使用在保全系統、犯罪偵防上,後來置入智慧型手機,應用在指紋鎖、個人認證及行動支付方案等。

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如果將觸覺進一步衍伸到如皮膚般能感測壓力、溫度、表面紋路,應用到機器人。使得機器人身上將有層仿真皮膚,協助特定類型的機器人可以利用觸覺工作,例如提升抓取物品的準確性。這種電子皮膚技術也嘗試能使用在原本沒有觸覺的機械義肢、或皮膚移植的可能。觸覺感測器不斷以仿生物特性的角度持續開發中。

氣體感測器

氣體感測器應用上常用於酒精偵測、可燃性氣體偵測、環境氣體偵測等,在環境空氣檢測上可用於室內空氣品質的偵測,搭配溫、溼度、氣壓計形成智慧空調系統,主動調整室內、車內空間的空氣品質,並達到節能與安全維護的目的。

氣體感測器的製作是利用加熱氧化物後表面吸附氣體,再進行催化產生電阻的變化產生感測訊號。偵測不同氣體所用的元件略有不同,因此目前單一感測器通常僅限特定某類型氣體的偵測,例如可燃性性氣體、二氧化碳、汙染型氣體、氫氣等,又稱為”電子鼻”或”嗅覺感測器”。

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未來採用半導體製程的嗅覺感覺器,不僅感度好、反應快、穩定性佳,且維護上也容易;用於醫療領域,目前已有利用檢測二氧化碳濃度來檢知病人是否因感染幽門螺旋菌(Helicobacter Pylori)而導致胃炎、胃潰瘍的半導體氣體感應器裝置。歐美日等國的研究更發現,當人體生病時,呼氣中特定成分的氣體濃度會提高。若是此類呼氣嗅覺感應器能夠小型化,整合到手機上,使用者平常就能利用手機來做健康診斷,掌握日常的健康狀態。

生物感測器

如果是以一般感測技術(光學、壓力等)來辨識生物特徵,稱為生物辨識技術(Biometric),不同於生物感測器(Bio Sensor),則是直接以相關的生物分子產生化學反應來感測,兩者皆是測量生物量的方法,前者發展較快且已能置入行動裝置,後者測量出的數據則更為精準,但離商品化還需努力。

生物辨識(Bio-metric)技術,指的是如指紋辨識器、人體特徵分析,如臉部、指紋、虹膜辨識等。主要透過光感測器、電流、磁力或電磁波等方式,來測量心跳、心律、血氧濃度、血壓等基本的生理訊號。

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基於在各種非生物感測器的技術進步下,加上程式設計人員透過演算法要測量出各種生理訊號,都有一定程度的可測量性,由其紅外線IR穿透力比可見光稍強,可測量人體表面溫度及血液中細微的變化來進行分析。但大部份的測量如果要能用於醫療水準,達到更高的準確性作為疾病的預防診斷,還是需要靠生物感測器來達成。

生物感測器(Bio-sensor),即是利用生物分子的交互作用來感測,從測量生理變化,至分析更多生物元素的感測方法。由於在測量的生物體背景值相當複雜(如血液裡就有血球、蛋白質、抗體),且生物元素具有高特異性,因此檢測過程通常較為繁瑣,要做成單一設備能夠商品化的感應器更是一大挑戰,現有商品化設備的感測模式通常是在感測器前端(探針)加入生物分子,與受測物作用後,再透過轉換元件轉為電子訊號。

生物作用分子的選用相當獨特,一種生物感測器通常只能測幾種特定的生物原素,這個部份跟嗅覺感測器的發展裝況類似。除了醫療用途外,在食品的研發及品管上,也有發展出食品分析儀、及味覺感測器,味覺感測器能分別將甜、鹹、酸、苦、辣等五種基本味覺數值化,食品分析儀可以檢測出食品的成份。

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Vessyl推出的智慧水杯,不僅可以馬上認出裝入的是水還是那種飲料,還能透過手機App協助計算卡路里及健康管理,醫療方面糖連病患者最需要的血糖測試方法,現在也有採取體液的偵測方式,比起以往需採集血液的方式,對糖尿病患者是一大福音;Google X研發隱形眼鏡,就是以淚液偵測血糖值,生物感測器的微小化、商品化,將會是遠端醫療、個人健康管理上在未來的發展方向。

腦波感測器

我們的大腦是由數十億個活躍的神經元組成,如果把神經軸突(Axon)連接在一起,長度大約有十七萬公里,當這些神經元互動時,可以測量到這些化學作用所發射出的電脈衝。腦波的密碼解讀是相當困難的,因此目前腦波感測器的進展並不大。在未來隨著腦波感測的發展,也許我們就能用意念來移動物品、打開電視、甚至與寵物溝通。

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Yuchi
宅女一枚,放空時間和思考時間一樣多,相信知識的累積與連結可以帶來強大力量!
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