MIT开发出了一种无需电池、自供电的传感器

MIT开发出了一种无需电池、自供电的传感器 研究人员制造了一种温度感应装置，它能从电线周围露天产生的磁场中获取能量。人们只需将传感器夹在带电导线（可能是为电机供电的导线）周围，它就会自动收集并储存能量，用来监测电机的温度。"这就是环境电能我不必通过特定的焊接连接就能获得的能量。"电子研究实验室成员、电子工程与计算机科学（EECS）伊曼纽尔-兰兹曼（Emanuel E. Landsman）教授兼机械工程学教授 Steve Leeb 说："这使得这种传感器非常容易安装。"在这篇刊登在《电气和电子工程师学会传感器杂志》1 月刊上的特写文章中，研究人员为能量收集传感器提供了一个设计指南，让工程师能够平衡环境中的可用能量和他们的传感需求。论文为能够在运行过程中持续感知和控制能量流的设备的关键组件绘制了路线图。这种多用途设计框架并不局限于收集磁场能量的传感器，还可应用于使用其他电源（如振动或阳光）的传感器。它可用于为工厂、仓库和商业空间构建安装和维护成本更低的传感器网络。"我们提供了一个无电池传感器的范例，它能做一些有用的事情，并证明这是一个切实可行的解决方案。希望其他人也能利用我们的框架来设计他们自己的传感器。"与 Monagle 和 Leeb 一起参与论文撰写的还有电子工程与科学研究生 Eric Ponce。美国海军学院武器与控制工程副教授约翰-多纳尔（John Donnal）没有参与这项工作，他研究的是监控舰船系统的技术。他说，要在舰船上获得电源是很困难的，因为插座很少，而且对可以插入哪些设备有严格限制。唐纳尔补充说："例如，持续测量泵的振动可以为船员提供轴承和支架健康状况的实时信息，但为加装的传感器供电往往需要大量额外的基础设施，以至于不值得投资。像这样的能量收集系统可以在船舶上加装各种诊断传感器，大大降低整体维护成本。"研究人员必须应对三大挑战，才能开发出一种有效、无需电池的能量收集传感器。首先，系统必须能够冷启动，这意味着它可以在没有初始电压的情况下启动电子设备。他们利用集成电路和晶体管网络实现了这一点，使系统能够储存能量，直到达到一定的阈值。只有当系统储存了足够的能量，可以完全运行时，它才会开启。其次，该系统必须在不使用电池的情况下有效地储存和转换所收集的能量。虽然研究人员可以在系统中加入电池，但这会增加系统的复杂性，并可能带来火灾风险。"您甚至可能连派出技术人员更换电池的奢望都没有。相反，我们的系统是免维护的。它可以自行采集能量并运行，"Monagle 补充道。为了避免使用电池，它们采用了内部储能技术，包括一系列电容器。电容器比电池更简单，它将能量储存在导电板之间的电场中。电容器可由各种材料制成，其功能可根据各种工作条件、安全要求和可用空间进行调整。研究小组精心设计了电容器，使其足够大，能够储存设备开启和开始收集电能所需的能量，但又足够小，充电阶段不会花费太长时间。此外，由于传感器可能会在数周甚至数月后才开启进行测量，因此他们要确保电容器能够保持足够的能量，即使有些能量会随着时间的推移而泄漏。最后，他们开发了一系列控制算法，对设备收集、储存和使用的能量进行动态测量和预算。微控制器是能源管理界面的"大脑"，它不断检查储存了多少能量，并推断是否要打开或关闭传感器、进行测量，或者将收割机调到更高的档位，以便收集更多能量，满足更复杂的传感需求。Monagle 解释说："就像骑自行车时换挡一样，能量管理界面会查看收割机的工作情况，主要是看它是踩得太用力还是太轻，然后它就会改变电子负载，从而最大限度地提高收割功率，并使收割功率与传感器的需求相匹配。自供电传感器利用这一设计框架，研究人员为一个现成的温度传感器构建了一个能量管理电路。该设备采集磁场能量并用于持续采样温度数据，然后通过蓝牙将数据发送到智能手机接口。研究人员使用超低功耗电路来设计该装置，但很快发现，这些电路在崩溃前可承受的电压有严格限制。收集过多的电能可能会导致设备爆炸。为了避免这种情况，他们在微控制器中的能量收集器操作系统会在存储的能量过多时自动调整或减少收集量。他们还发现，通信传输温度传感器收集的数据是迄今为止最耗电的操作。Monagle说："确保传感器有足够的存储能量来传输数据是一项长期的挑战，需要精心设计。"未来，研究人员计划探索能耗较低的数据传输手段，如使用光学或声学。他们还希望更严格地模拟和预测进入系统的能量，或传感器测量所需的能量，以便设备能有效地收集更多数据。"如果你只进行你认为需要的测量，你可能会错过一些真正有价值的东西。如果有更多的信息，你可能会了解到一些你意想不到的设备运行情况。我们的框架可以让您平衡这些考虑因素，"Leeb 说。"这篇论文详细阐述了实用的自供电传感器节点在现实场景中的内部结构。"佛罗里达农工大学-佛罗里达州立大学工程学院电气与计算机工程助理教授 Jinyeong Moon 说："整体设计指南，尤其是冷启动问题，非常有帮助。计划为无线传感器节点设计自供电模块的工程师将从这些指南中获益匪浅，轻松勾选传统上与冷启动相关的繁琐清单。"这项工作得到了海军研究办公室和 Grainger 基金会的部分支持。 ... PC版： 手机版：

特斯拉：年底前将移除 Model 3/Y 超声波传感器

特斯拉：年底前将移除 Model 3/Y 超声波传感器 据报道，当地时间 10 月 4 日，特斯拉宣布，不再在自动驾驶传感器套件中使用超声波传感器（USS），将采用纯摄像头的 “Tesla Vision” 系统。特斯拉将在未来几个月内从 Model 3 和 Model Y 移除超声波传感器，Model S 和 Model X 将从 2023 年开始移除。据了解，超声波传感器主要用于短距离物体检测，应用于自动泊车和碰撞警告等场景。

麻省理工学院的自供电传感器 能自动收集环境中的磁能

麻省理工学院的自供电传感器 能自动收集环境中的磁能 麻省理工学院的研究人员开发出一种无需电池、自供电的传感器，可以从环境中获取能量。资料来源：麻省理工学院 Christine Daniloff研究人员制造了一种温度感应装置，它能从电线周围露天产生的磁场中获取能量。人们只需将传感器夹在带电导线（可能是为电机供电的导线）周围，它就会自动收集并储存能量，用来监测电机的温度。"这就是环境电能我不必通过特定的焊接连接就能获得的能量。"电子研究实验室成员、电子工程与计算机科学（EECS）伊曼纽尔-兰兹曼（Emanuel E. Landsman）教授兼机械工程学教授 Steve Leeb 说："这使得这种传感器非常容易安装。"这个能量管理接口是一个自供电、无需电池的传感器的"大脑"，它可以从电线周围露天产生的磁场中获取工作所需的能量。图片来源：研究人员提供，经《麻省理工新闻》编辑在这篇刊登在《电气和电子工程师学会传感器杂志》1 月刊上的特写文章中，研究人员为能量收集传感器提供了一个设计指南，让工程师能够平衡环境中的可用能量和他们的传感需求。论文为能够在运行过程中持续感知和控制能量流的设备的关键组件绘制了路线图。这种多用途设计框架并不局限于收集磁场能量的传感器，还可应用于使用其他电源（如振动或阳光）的传感器。它可用于为工厂、仓库和商业空间构建安装和维护成本更低的传感器网络。"我们提供了一个无电池传感器的例子，它能做一些有用的事情，并证明这是一个切实可行的解决方案。希望其他人也能利用我们的框架来设计他们自己的传感器。"与 Monagle 和 Leeb 一起参与论文撰写的还有电子工程与科学研究生 Eric Ponce。美国海军学院武器与控制工程副教授约翰-多纳尔（John Donnal）没有参与这项工作，他研究的是监控舰船系统的技术。他说，要在舰艇上获得电源是很困难的，因为插座很少，而且对可以插入哪些设备有严格限制。多纳尔补充说："例如，持续测量泵的振动可以为船员提供轴承和支架健康状况的实时信息，但为加装的传感器供电往往需要大量额外的基础设施，以至于不值得投资。像这样的能量收集系统可以在船舶上加装各种诊断传感器，大大降低整体维护成本。"研究人员必须应对三大挑战，才能开发出一种有效、无需电池的能量收集传感器。首先，系统必须能够冷启动，这意味着它可以在没有初始电压的情况下启动电子设备。他们利用集成电路和晶体管网络实现了这一点，使系统能够储存能量，直到达到一定的阈值。只有当系统储存了足够的能量，可以完全运行时，它才会开启。其次，该系统必须在不使用电池的情况下有效地储存和转换所收集的能量。虽然研究人员可以在系统中加入电池，但这会增加系统的复杂性，并可能带来火灾风险。"您甚至可能连派出技术人员更换电池的奢望都没有。相反，我们的系统是免维护的。它可以自行采集能量并运行，"Monagle 补充道。为了避免使用电池，它们采用了内部储能技术，包括一系列电容器。电容器比电池更简单，它将能量储存在导电板之间的电场中。电容器可由各种材料制成，其功能可根据各种工作条件、安全要求和可用空间进行调整。研究小组精心设计了电容器，使其足够大，能够储存设备开启和开始收集电能所需的能量，但又足够小，充电阶段不会花费太长时间。此外，由于传感器可能会在几周甚至几个月后才开启进行测量，因此他们要确保电容器能够保持足够的能量，即使有些能量会随着时间的推移而泄漏。最后，他们开发了一系列控制算法，动态测量和预算设备收集、储存和使用的能量。微控制器是能量管理界面的"大脑"，它不断检查储存了多少能量，并推断是否要打开或关闭传感器、进行测量，或者将收割机调到更高的档位，以便收集更多能量，满足更复杂的传感需求。Monagle 解释说："就像你在自行车上换挡一样，能量管理界面会查看收割机的工作情况，主要是看它是踩得太用力还是太轻，然后它就会改变电子负载，从而最大限度地提高收割功率，并使收割功率与传感器的需求相匹配。"利用这一设计框架，他们为一个现成的温度传感器构建了一个能量管理电路。该设备收集磁场能量，并利用磁场能量持续采样温度数据，然后通过蓝牙将数据发送到智能手机接口。研究人员使用超低功耗电路设计该装置，但很快发现，这些电路在崩溃前可承受的电压有严格限制。收集过多的电能可能会导致设备爆炸。为了避免这种情况，他们在微控制器中的能量收集器操作系统会在存储的能量过多时自动调整或减少收集量。他们还发现，通信传输温度传感器收集的数据是迄今为止最耗电的操作。Monagle 说："确保传感器有足够的存储能量来传输数据是一项长期的挑战，需要精心设计。"未来，研究人员计划探索能耗较低的数据传输手段，如使用光学或声学。他们还希望更严格地模拟和预测进入系统的能量，或传感器测量所需的能量，以便设备能有效地收集更多数据。"如果你只进行你认为需要的测量，你可能会错过一些真正有价值的东西。如果有更多的信息，你可能会了解到一些你意想不到的设备运行情况。我们的框架可以让您平衡这些考虑因素，"Leeb 说。"这篇论文详细阐述了实用的自供电传感器节点在现实场景中的内部结构。"佛罗里达农工大学-佛罗里达州立大学工程学院电气与计算机工程助理教授 Jinyeong Moon 说："整体设计指南，尤其是冷启动问题，非常有帮助。计划为无线传感器节点设计自供电模块的工程师将从这些指南中获益匪浅，轻松勾选传统上与冷启动相关的繁琐清单"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

比盐粒还小的微型芯片未来有望改变医学传感器技术

比盐粒还小的微型芯片未来有望改变医学传感器技术 传感器网络的设计使芯片可以植入人体或集成到可穿戴设备中。每个亚毫米大小的硅传感器都模仿大脑神经元通过尖峰电活动进行交流的方式。传感器检测到特定的尖峰事件，然后利用无线电波实时无线传输数据，从而节省了能源和带宽。布朗大学博士后研究员、该研究的第一作者李继勋（Jihun Lee）说："我们的大脑以一种非常稀疏的方式工作。神经元不会一直发射。它们压缩数据，稀疏地发射，因此效率非常高。我们的无线通信方法就是在模仿这种结构。传感器不会一直发送数据它们只会在需要时发送相关数据，就像短暂的电脉冲一样，而且它们能够独立于其他传感器发送数据，无需与中央接收器协调。通过这样做，我们可以节省大量能源，避免中央接收器中心被意义不大的数据淹没。"这种射频传输方案还使系统具有可扩展性，并解决了当前传感器通信网络的一个常见问题：它们必须完全同步才能正常工作。研究小组在《自然-电子学》（Nature Electronics）杂志上撰文，介绍了一种新颖的无线通信网络方法，这种网络可以从数千个微电子芯片中高效地传输、接收和解码数据，而每个芯片的大小都不超过一粒盐。图片来源：Nick Dentamaro/布朗大学研究人员说，这项工作标志着大规模无线传感器技术向前迈出了重要一步，有朝一日可能会帮助科学家们确定如何从这些小小的硅器件中收集和解读信息，特别是由于现代科技的发展，电子传感器已变得无处不在。布朗大学工程学院教授、该研究的资深作者阿尔托-努尔米科（Arto Nurmikko）说："我们生活在一个传感器的世界里。传感器无处不在。它们当然出现在我们的汽车里，出现在许多工作场所，而且越来越多地进入我们的家庭。对这些传感器来说，最苛刻的环境永远是人体内部。"因此，研究人员认为该系统有助于为下一代植入式和可穿戴式生物医学传感器奠定基础。医学界越来越需要高效、不显眼、不易察觉的微型设备，这些设备还能作为大型组合的一部分运行，以绘制整个相关区域的生理活动图。"李说："在实际开发这种基于尖峰的无线微传感器方面，这是一个里程碑。如果我们继续使用传统方法，就无法收集到这些应用在这类下一代系统中需要的高信道数据。"传感器所识别和传输的事件可以是特定的事件，如监测环境的变化，包括温度波动或某些物质的存在。传感器之所以能够使用如此少的能源，是因为外部收发器在传感器传输数据时为其提供无线供电，这意味着传感器只需在收发器发出的能量波范围内就能获得充电。这种无需插入电源或电池即可运行的能力使它们在许多不同的情况下都能方便、灵活地使用。研究小组在计算机上设计和模拟了复杂的电子器件，并通过多次制造迭代来制造传感器。这项工作建立在Nurmikko 在布朗大学实验室先前研究的基础上，该研究推出了一种名为"神经粒"的新型神经接口系统。该系统使用一个由微型无线传感器组成的协调网络来记录和刺激大脑活动。"这些芯片是相当复杂的微型电子设备，我们花了一段时间才做到这一点，"隶属于布朗大学卡尼脑科学研究所的努尔米科说。"要定制操纵这些传感器电子特性的几种不同功能它们基本上被挤压到硅片的几分之一毫米空间所需的工作量和精力并不小。"研究人员展示了他们系统的效率，以及该系统的潜在扩展能力。他们使用实验室中的 78 个传感器对系统进行了测试，发现即使传感器在不同时间传输数据，也能准确无误地收集和发送数据。通过模拟，他们能够展示如何利用约8000个假定植入的传感器，解码从灵长类动物大脑中收集到的数据。研究人员表示，下一步工作包括优化系统以降低功耗，以及探索神经技术以外的更广泛应用。李说："目前的工作提供了一种方法，我们可以在此基础上进一步发展。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器 揉成一团也能用

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器 揉成一团也能用 在最近发表于《先进材料》（Advanced Materials）上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）的研究人员在一种超薄柔性薄片上开发出了一种光学传感器，这种传感器可以弯曲而不会断裂。事实上，这种传感器非常灵活，即使被揉成一团也能正常工作。在照相机中，光学传感器是感应穿过镜头的光线的装置，类似于人眼的视网膜。传感器设计的创新"传统的光学传感器是使用无机半导体和铁电材料制造的，"该研究的主要作者 Rei Kawabata 说。"这使得传感器变得僵硬，无法弯曲。为了避免这个问题，我们研究了另一种探测光的方法。"与传统的光传感器不同，研究人员使用的是印在超薄聚合物基底（小于 5 微米）上的微小碳纳米管光电探测器阵列。当暴露在光线下时，碳纳米管会发热，形成热梯度，然后产生电压信号。在印刷过程中掺入化学载体可进一步提高纳米管的灵敏度。利用这些纳米管，可以测量可见光以及与热或分子有关的红外光。用于宽带红外热分析的集成有机电路的超灵活无线成像仪利用片状光学传感器对光、热和分子进行探测和成像。无线技术集成除了碳纳米管传感器，聚合物基板上还印有有机晶体管，将电压信号组织成图像信号。要读取这种信号，计算机不需要通过电线与传感器进行物理连接。取而代之的是一个无线蓝牙模块。该研究的资深作者荒木祯平说："有了这套无线系统，我们的成像仪就能附着在柔软和弯曲的物体上，对其表面或内部进行分析，而不会损坏它们。"集成了碳纳米管光电探测器和有机晶体管的片式光学传感器研究人员制作了薄片型光学传感器的原型，并测试了其感应人体手指或电线等物体的热量以及流经管道的葡萄糖的能力。他们发现，这种光学传感器在很宽的波长范围内都具有很高的灵敏度。此外，在室温和大气条件下，测试表明它具有很高的弯曲耐久性，即使被揉皱也能正常工作。这种无线测量系统和薄片型光学传感器的独特优势将为执行许多任务（如无需采样即可评估液体质量）带来更简单的新方法。研究人员认为，它在无损成像、可穿戴设备和软机器人等许多应用领域都大有可为。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

"电子蜘蛛丝"传感器：利用环保技术实现生物电子学革命

"电子蜘蛛丝"传感器：利用环保技术实现生物电子学革命 研究人员开发出了一种制造自适应生态友好型传感器的方法，这种传感器可以直接且不易察觉地印在各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。资料来源：剑桥大学这种方法由剑桥大学的研究人员开发，其灵感来自蜘蛛丝，蜘蛛丝可以粘附在各种表面上。这些"蜘蛛丝"还结合了生物电子学，因此可以在"网"上添加不同的传感功能。先进的传感器技术这种纤维比人的头发至少小 50 倍，重量非常轻，研究人员直接将其打印在蒲公英蓬松的种子头上，而不会破坏其结构。印在人的皮肤上时，纤维传感器会紧贴皮肤并暴露出汗孔，因此佩戴者不会察觉到它们的存在。对印制在人体手指上的纤维进行的测试表明，它们可用作连续的健康监测器。这种低废物、低排放的生命结构增强方法可用于从医疗保健和虚拟现实到电子纺织品和环境监测等一系列领域。今天（5 月 24 日），《自然电子学》杂志报道了这一研究成果。研究人员开发出了一种制造自适应生态友好型传感器的方法，这种传感器可以直接且不易察觉地印在各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。这种比人类头发至少小 50 倍的纤维非常轻巧，研究人员可以直接将其打印到蒲公英蓬松的种子头上，而不会破坏其结构。资料来源：剑桥大学虽然人体皮肤非常敏感，但在皮肤上增加电子传感器可以从根本上改变我们与周围世界的互动方式。例如，直接印在皮肤上的传感器可用于持续健康监测、了解皮肤感觉，或在游戏或虚拟现实应用中改善"真实"感觉。可穿戴技术面临的挑战虽然嵌入传感器的可穿戴技术（如智能手表）已广泛普及，但这些设备可能会让人感到不舒服和碍眼。它们还会抑制皮肤的内在感觉。"如果你想准确地感知皮肤或树叶等生物表面上的任何东西，那么设备与表面之间的接口就至关重要，"领导这项研究的剑桥大学工程系教授黄艳艳（Yan Yan Shery Huang）说。"我们还希望生物电子器件对用户来说是完全不可感知的，这样它们就不会以任何方式干扰用户与世界的互动方式，而且我们希望它们是可持续的、低废料的。"研究人员开发出了一种制造自适应环保型传感器的方法，这种传感器可以直接且不易察觉地印在各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。当印制在人体皮肤上时，纤维传感器会紧贴皮肤并暴露出汗孔，因此佩戴者不会察觉到它们的存在。对印制在人类手指上的纤维进行的测试表明，它们可用作连续健康监测器。资料来源：剑桥大学柔性电子产品的创新制造可穿戴传感器有多种方法，但这些方法都有缺点。例如，柔性电子元件通常印在塑料薄膜上，不允许气体或湿气通过，因此就像用保鲜膜包裹皮肤一样。其他研究人员最近开发出了可透气的柔性电子元件，就像人造皮肤一样，但这些元件仍然会干扰正常感觉，而且依赖于能源和废物密集型制造技术。三维打印是生物电子学的另一条潜在途径，因为它比其他生产方法浪费更少，但会产生较厚的装置，从而干扰正常行为。旋转电子纤维可制造出用户无法察觉的装置，但灵敏度和复杂程度不高，而且很难转移到相关物体上。现在，这个由剑桥大学领导的团队开发出了一种制造高性能生物电子器件的新方法，通过直接在各种生物表面（从指尖到蒲公英蓬松的种子头）上打印，这些电子器件可以定制。他们的技术灵感部分来源于蜘蛛，它们用最少的材料创造出适应环境的复杂而坚固的网状结构。研究人员用 PEDOT:PSS（一种生物相容性导电聚合物）、透明质酸和聚氧化乙烯纺出了生物电子"蜘蛛丝"。这种高性能纤维是在室温下用水基溶液制成的，因此研究人员能够控制纤维的"可纺性"。随后，研究人员设计了一种轨道纺丝方法，使纤维能够变形为生物表面，甚至是指纹等微观结构。在人类手指和蒲公英种子头等表面对生物电子纤维进行的测试表明，这些纤维具有高质量的传感器性能，同时还不会被宿主察觉。论文第一作者 Andy Wang 说："我们的纺丝方法可以让生物电子纤维在微观和宏观尺度上遵循不同形状的解剖结构，而无需任何图像识别。这为如何制造可持续电子器件和传感器开辟了一个完全不同的角度。这是一种更容易制造大面积传感器的方法。"未来方向和商业化大多数高分辨率传感器都是在工业洁净室中制造的，需要在多步骤、高能耗的制造过程中使用有毒化学品。而剑桥大学开发的传感器可以在任何地方制造，所耗费的能源仅为普通传感器的一小部分。生物电子纤维可以修复，在使用寿命结束后只需简单清洗即可，产生的废料不到一毫克：相比之下，一般一次洗衣产生的纤维废料在 600 至 1500 毫克之间。"利用我们简单的制造技术，我们几乎可以把传感器放在任何地方，并在需要的时候随时随地对它们进行维修，而不需要大型印刷机或集中的制造设施，"Huang 说。"这些传感器可以在需要的地方按需制造，并且产生的废物和排放物极少。"研究人员表示，他们的设备可应用于健康监测、虚拟现实、精准农业和环境监测等领域。未来，还可以将其他功能材料融入到这种纤维打印方法中，建立集成纤维传感器，以增强生命系统的显示、计算和能量转换功能。在剑桥大学商业化部门"剑桥企业"的支持下，这项研究正在实现商业化。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：