小塊頭有大智慧 傳感器升級快跑
http://www.debgrams.com 2015-03-20 15:49 來源：上海證券報
2008年IBM率先提出“智慧城市”概念，指出建設智慧地球需要三個步驟。其中，第一步就是傳感器的應用——即將各種創新的感應科技嵌入物體和設施中，從而令物質世界極大程度數據化。
我國首部《中國傳感器產業發展白皮書(2014)》顯示，2009-2013年，國內傳感器市場年均增長速度超過20%。據預測，未來5年我國傳感器市場將穩步快速發展，平均銷售增長率將達到30%以上。
10個身高36CM，體重1.5KG，身穿紅色啦啦隊服、會跳舞的機器人啦啦隊員，憑借最新的反向鐘擺控制技術、超聲波位置測量技術及群控技術，隨著音樂舞動，“看似要倒卻不會倒”、“看似要撞卻不會撞”，還能整齊劃一地擺出12種列隊造型；最新發布的蘋果Apple Watch內置了陀螺儀和加速度計等傳感器來追蹤佩戴者的動作，從而獲得更加全面的體征數據；剛剛結束的2015中國家電博覽會上，家電巨頭也通過內置傳感器來實現家電的智能化……
李克強總理在今年的政府工作報告中指出，要制定“互聯網+”行動計劃，推動移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等與現代制造業結合。而作為物聯網的基礎要素，傳感器被認為是實現自動檢測和自動控制的首要環節。傳感器的存在和發展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺，好似有了眼睛、舌頭和嘴巴等感覺器官，并通過互聯互通和數據的搜集得以活化，以之為基礎產生的大數據分析更使未來的智能決策成為可能。
就目前而言，加速度傳感器、陀螺儀傳感器、重力感應器、光電傳感器已經廣泛應用于智能手機、可穿戴設備以及汽車、醫療等方方面面。毫無疑問，從簡單到復雜，連接器的發展及應用擴展正日趨加速，并將更廣泛地改變我們的生活。
機器人新技術亮相中國
今年的政府工作報告在“推動產業結構邁向中高端”部分中提出，新興產業和新興業態是競爭高地。要實施高端裝備、信息網絡、集成電路、新能源、新材料、生物醫藥、等重大項目，把一批新興產業培育成主導產業。制定“互聯網+”行動計劃，推動移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等與現代制造業結合。
事實上，包括傳感器在內的物聯網技術已經成為各大通信技術公司加大布局的方向，盡管普通消費者很難接觸到，但亦無孔不入地滲入到我們越來越智能的生活之中。而作為物聯網的基礎產業，傳感器的技術水平更直接影響了物聯網應用普及的關鍵因素。
正如我們開篇所介紹的，這是村田制作所（以下簡稱“村田”）啦啦隊在中國的首次亮相。作為村田第四代機器人，其不同于前幾代的最大特征是不再使用車輪協助移動，而是站在圓球上，并且能在圓球移動時保持平衡。
早在1991年，村田第一代機器人村田頑童誕生，之后，村田又分別在2005年研發出了第二代機器人村田頑童，2008年研發出了第三代機器人村田婉童。村田(中國)投資有限公司總裁丸山英毅坦言，他經常被問到，這些機器人對外銷售嗎？哪里可以買到。可遺憾的是，這些機器人只是作為其產品和最新技術的展示，并不會在終端銷售，“給多少錢都不能賣”。
而此次的設計和功能展示之所以不同，主要歸功于最新的反向鐘擺控制技術、超聲波位置測量技術及群控技術。而這些技術正是物聯網IOT的主要技術組成之一，在改變我們生活的智能化應用場景中比比皆是。
運用反向鐘擺控制技術，村田啦啦隊便可以做到“看似要倒卻不會倒”。在每個啦啦隊隊員的內部都配有3個陀螺儀傳感器，它們可以敏銳地捕捉到相應隊員身體的傾斜方向，及時提醒隊員們朝正確的方向移動。
據村田（中國）投資有限公司銷售市場部總監丸山豪介紹，靠支撐啦啦隊員的小球的轉動，啦啦隊可以360度移動；此前的婉童和頑童使用相機來探測他們的位置，而啦啦隊則是靠超聲波傳感器來定位，因此即使是在黑暗的空間內也可以準確地移動；此外，超聲波傳感器、麥克和紅外線傳感器可以接收信號，所以能“實時”“準確”得把握所在位置，原理在于通過接受這兩種信號的時間差，測算出位置。
在生活中，陀螺儀傳感器的應用也并不少見。該技術已被廣泛應用于手機、數碼相機的防手抖功能，同時也可以應用于汽車導航系統、防滑裝置等領域，今后在汽車電子領域更將是不可或缺的技術。
此外，超聲波位置測量技術可以使村田啦啦隊做到“看似要撞卻不會撞”。每個啦啦隊隊員都配有5個超聲波麥克、4個紅外線傳感器及通信模塊。通過接收舞臺外側兩臺發信機發出的超聲波和紅外線，實時、準確地把握所在的位置，同時通過通信模塊把測算好的定位信息實時傳輸給控制系統，這樣便可以使每一個啦啦隊隊員都按照控制系統發出的指令行動。據現場工程師介紹，此技術在生活中可應用在GPS信號無法覆蓋的商業大樓內，以此來確定建筑內物體的位置，日后還可能應用在醫療健康等方面。
群控技術可以使村田啦啦隊整齊劃一的擺出12種列隊造型。該項技術是村田與京都大學的研究員們共同研發而成，可以使啦啦隊隊員之間整齊、高效、美觀的完成各個動作指令。丸山豪介紹說，未來群控技術可以在高層建筑物電梯的運行、交通管制系統中等領域得到應用。同時，該項技術的突破，使得未來統一指揮救災機器人在極端環境下更有效率地進行救援成為可能。研發人員也期待今后該技術可以應用到，汽車電子、自動駕駛等眾多領域。
不僅如此，在編排隊形的時候，設計者還在每個機器人身上貼上了RFID標簽，如果一臺機器人出現故障，會啟用后補選手，將故障機器人的RFID標簽信息交換，就又可以進行表演了。
多款新應用正改變生活
格哈德·鮑姆在《作為下一次工業革命基礎的創新》一文中指出，技術創新是物體能夠感知周圍環境和部署區域，并相互交換數據的基礎。例如，現代汽車通過攝像、雷達和激光等傳感技術來感知200米范圍內的周邊環境，這些傳感設備還可以互相通信。把數據流融合在一起，通過模式識別軟件的處理，可以區分和汽車相關的周圍環境。汽車之間附加的相互通信以及它們與在云端的后端系統之間的通信再次顯著擴大了數據和信息流的范圍，感知區域的半徑和信息量也都得到了增加。
正如我們所看到的，村田的機器人只是目前IOT所用到的各種傳感器技術的一個縮影。我們廣為熟知的智能手機、智能眼鏡等可穿戴設備、智能醫療乃至智能家居的種種應用場景，都是建立在對傳感器運用的基礎上的。
此前蘋果iPhone 5S推出指紋識別技術，一度引發眾多手機廠商的效仿，其仰仗的就是其所收購的傳感器廠商AuthenTec的技術方案。這項耗資3.56億美元的巨資收購，使蘋果獲得了可用于NFC移動支付業務的指紋傳感器專利。而這款手機的上市，更引發了三星、華為眾多智能手機爭先植入指紋識別傳感器。
日前的世界移動通信大會(MWC)上，美國人機界面解決方案供應商Synaptics更推出了全新解決方案，使得觸控指紋傳感器小到僅為4mm x 10mm，可以實現智能手機側邊式指紋識別。
不只是iPhone ,剛剛推出的Apple Watch也內置了多種傳感器，包括了心率傳感器等，這些傳感器可以幫助用戶輔助記錄運動數據，并實時提醒用戶何時該運動。有券商報告曾預計，iWatch里可能整合超過10種傳感器以用于追蹤健康和運動數據。
其中，加速度傳感器似乎已經成為智能手機的標配，iWatch將使用加速度傳感器測量身體運動，并且可以記錄用戶步數以及睡眠習慣。陀螺儀也是一款不可缺少的組件，可以偵測轉動。陀螺儀獲得的數據可以與鍛煉邏輯算法相互協作。此外，陀螺儀還能讓Watch“感知”用戶，比如舉起手腕準備看表時，屏幕自動亮起。而據外媒披露的信息，更有一些傳感器因為沒有能達到蘋果的要求而沒有出現在首發功能陣營中。
除此之外，谷歌自行研發的無人駕駛汽車也是仰仗傳感器和軟件來實現一切操作。一個車共配備四個雷達，其中三個設置在前保險杠，一個設置在后保險杠，負責測量各種障礙物的距離，并允許系統適時減緩車速。而安裝在車頂旋轉的激光雷達傳感器，可掃描直徑120米范圍內的區域，并建立一個動態的、三維地圖環境。此外為了定位，還有一個傳感器安裝在左后輪，通過車輪的運動等指標確定汽車在地圖上的位置。
傳感器的應用在中國制造業也并不陌生。在剛剛結束的中國家電博覽會上，方太通過傳感器實現了自動感應的云智能廚電功能。而據介紹，早在上世紀90年代，方太就生產出第一臺人工智能吸油煙機，同樣是使用了傳感器，并提供自動感應探測功能。
在如此廣泛的應用中，傳感器像是人類五官的延伸，又稱之為“電五官”。在德國提出的工業4.0概念中，傳感器也是實現其生產智能化的必備元素。在現代工業生產尤其是自動化生產過程中，要用各種傳感器來監視和控制生產過程中的各個參數，使設備工作在正常狀態或最佳狀態，并使產品達到最好的質量。因此可以說，沒有眾多的優良的傳感器，現代化生產也就失去了基礎。而我們廣為熟知的物聯網(IOT：Internet Of Things)又可譯作傳感網，傳感器的重要性不言而喻。
市場前景與創富機會誘人
在2008年IBM率先提出的“智慧城市”概念中，建設智慧地球需要三個步驟。其第一步就是傳感器的應用——即將各種創新的感應科技嵌入物體和設施中，從而令物質世界極大程度數據化。隨后，隨著網絡的高度發達，人、數據和各種事物都將以不同方式聯入網絡。第三，先進的技術和超級計算機可以對這些堆積如山的數據進行整理、加工和分析，將生硬的數據轉化成實實在在的洞察，并幫助人們做出正確的行動決策。
此概念提出之后不久，奧巴馬就在美國工商業領袖舉行的“圓桌會議”上發表講話，認為“智慧地球”與克林頓的“信息高速公路”戰略同等重要，并把“智慧地球”上升為美國國家戰略，作為美國全球戰略的重要組成部分。他認為，“智慧地球”是刺激美國經濟全面復蘇，振興美國經濟、確立未來競爭優勢的關鍵所在，將帶動美國工業向智慧化飛躍，為美國高附加值產品向全球輸出提供必要條件，進一步強化美國的技術優勢及對全球經濟和政治的掌控。
被譽為中國版工業4.0的《中國制造業發展綱要（2015-2025）》也十分關注物聯網與傳統制造業的融合運用。此外，發布的《物聯網十二五規劃》中，在重點工程內容中也提到發展微型和智能傳感器、無線傳感器網絡等。
我國首部《中國傳感器產業發展白皮書(2014)》顯示，2009-2013年,國內傳感器市場年均增長速度超過20%，2014年市場規模有望超過860億元。據預測，未來5年我國傳感器市場將穩步快速發展，平均銷售增長率將達到30%以上。
放眼全球，英泰諾咨詢公司指出，2016年全球汽車傳感器規模可達419.7億歐元，占全球市場的22.8%；在信息通信行業中規模至2016年也可達421.6億歐元，占全球市場的22.9%，且有可能成為最大的單一應用市場。值得注意的是，未來幾年亞太地區市場份額將持續增長，預計2016年將提高至38.1%，北美和西歐市場份額將略有下降。
特別是在可穿戴設備市場，IHS預期，消費者對各類可穿戴設備的強勁需求，將讓應用在可穿戴設備中的傳感器出貨量激增，預計在2013至2019年間將成長數倍，從2013年的6700萬顆增長到2019年的4.66億顆。此外，由于每款可穿戴式設備中的傳感器數量不只一顆，傳感器的種類、功能用途多種多樣，所以可穿戴傳感器的成長速度將會遠高于可穿戴設備。
更為重要的是，依托于傳感器的智能硬件將提供另一種“顛覆”的可能。
在出身于華為的方廣資本管理合伙人、CEO洪天峰看來，作為IOT的三個關鍵的因素，第一要連接互聯網，第二要感知，第三要智能化，而連接和感知的能力離不開硬件做支撐。也就是說，在萬物互聯時代，硬件除了本身具有的功能外，還要有連接和感知的功能，把運營過程中產生的數據送到云平臺，經過大數據、人工智能的處理后，硬件才會變得智能。
這種“連接+感知+智能化”使得任何一個物體和設備都會進入高度智能的狀態。我們把它用到什么場景就會誕生相關領域的智能。比如，我們把它用到工廠，就是現在熱談的工業4.0；用到城市管理，就是智慧城市；用在交通，就是智能交通；用在醫院，就是智能醫療；用在家庭，就是智能家居；用在個人身上，就是智能可穿戴設備。
洪天峰認為，它開放了一個嶄新的世界，不再像傳統PC互聯網和移動互聯網一樣，大家需要依附于企業巨頭生存。它更像是一個自成一體的體系，能夠駕馭它的企業將更有機會擺脫對手脫穎而出。
編輯精選
