傳感器研究的展望

當前，機電一體化技術(shù)之一的機器人，作為工廠生產(chǎn)自動化的重要手段，正在多方面積累成功的實例。然而，人們期望機器人能更加積極地出現(xiàn)在我們?nèi)祟惸苌畹沫h(huán)境里，完成人所能做的各種工作，還能參與保安、防災工作；人們還期望機器人能活躍在人類不能生活的環(huán)境中——如原子反應堆或宇宙空間那樣的極端環(huán)境中工作。要使機器人積極地適應各類不同的環(huán)境，就要增強其機能，但目前尚存在嚴重的問題，有待于今后通過技術(shù)進步加以解決。
工廠里機器人要實現(xiàn)自動化作業(yè)，不僅取決于人為造成的工作環(huán)境，同時其工作次序還取決于一系列特定程序。這種程序可操縱機器人的姿態(tài)，能完成諸如人的手臂和人指那樣可以高精度地決定其位置和姿勢。
另外，為了使操作者進行操作的環(huán)境能自動保持，同時又要求在自然環(huán)境或極端環(huán)境下能實現(xiàn)機器人作業(yè)，就要求要有能識別、判斷工作環(huán)境狀況的系統(tǒng)裝置和對工作對象進行柔性操作的機構(gòu)。
要研制具備這些功能的機器人，就要積極開發(fā)新型的操作控制系統(tǒng)及所必需的傳感系統(tǒng)，要有能識別和判斷自然工作環(huán)境狀況的機能，以獲得必要的信息；還要有能力自主決定操作方案的處理機能，這樣就要求研制不同于現(xiàn)存?zhèn)鞲邢到y(tǒng)的智能型傳感系統(tǒng)。
機器人的工作環(huán)境，可以是工廠那樣裝備好的環(huán)境，也可以是自然環(huán)境；可以是與我們?nèi)祟愊嗤纳瞽h(huán)境，也可以是我們?nèi)祟惒荒苌畹臉O端環(huán)境（在原子反應堆及其周圍環(huán)境的保安工作，高層大廈的防災救援工作以及要親臨其境的宇宙空間站的建設工作等方面）。因為機器人活動環(huán)境擴大了，所以要求機器人要有能跟蹤感知自身作業(yè)和能理解作業(yè)環(huán)境的傳感系統(tǒng)，而這種傳感系統(tǒng)的研制就顯得更為重要。下面就展望一下這種傳感系統(tǒng)所必需具有的基本機能。
(1)能獲取多維信息。過去，傳感器能用來檢測單點信息。例如，在溫度檢測方面，過去總以測試點的溫度來評估其周圍環(huán)境的整體溫度。然而，對于一個要求溫度均勻分布的系統(tǒng)，若測溫點按一維或二維配置，則對系統(tǒng)溫度就要進行分布測量。又，如所測物理為矢量時，現(xiàn)在正在研制根據(jù)每個分量的檢測值求合成矢量的方法。距離傳感器是用來檢測到物體表面某一點距離的。這種傳感器雖然已達到實用化程度，但對深度空間距離的檢測，還沒有充分的把握。這種與我們視覺類似的傳感系統(tǒng)，也是新型智能型機器人所需要的視覺傳感器。研制由這種視覺傳感器輸入圖像和對工作環(huán)境認識或理解的系統(tǒng)，是新型智能型機器人開發(fā)是否成功的關(guān)鍵。
(2)小型化、固體化、高可靠性化?，F(xiàn)在，采有半導體技術(shù)的感測器件，正加速推進小型化、高密集化以及高可靠性化的進程。這是依靠微型機械加工技術(shù)的研制成果，促進了傳感器的小型化，同時有可能實現(xiàn)傳感器陣列化，進而更便于實現(xiàn)分布測量。
(3)耐環(huán)境性。無論在生物體內(nèi)，還是在自然環(huán)境或極端環(huán)境下，傳感器的高可靠性越來越成為必須具備的條件
(4)檢測的動態(tài)范圍要大。如對生物系統(tǒng)的傳感器進行研究，就可發(fā)現(xiàn)生物傳感器的檢測范圍廣，而且又能適應不同的檢測對象。而按工程檢測需要制成傳感器，如要提高檢測精度，則其檢測范圍就要變窄，而且檢測設備要增加。
(5)不可視信息可視化和可視信息可視化。因為生物系統(tǒng)中大部分信息來源依存于視覺信息，所以為實現(xiàn)各種物理現(xiàn)象可視化，其檢測方法要力求達到較高的速度和較高的精度。
“人造現(xiàn)實感”的研究就是觀察者一邊觀察現(xiàn)實圖像或人工計算機圖像，一邊將該圖像與觀察者的意向相互綜合的產(chǎn)物。例如，一邊由傳感器獲取手移動或視線移動信號，一邊將觀察者的意向反饋給計算機，就能形成兩者互相綜合后的“人造現(xiàn)實”圖像。
這種系統(tǒng)保存著人類的感知、判斷和操作機能，能將環(huán)境狀況人工化，而且最后形成的圖像貼近于作為觀察者的人類一方。所以，這種“人造現(xiàn)實感”圖像系統(tǒng)依存于觀察者的智能。
在現(xiàn)實環(huán)境中，如觀察者本身是人造物時，這種情況就相當于機器人作業(yè)。再進一步，環(huán)境和觀察者都是人造物的場合，會產(chǎn)生什么樣的功能呢？如按極端的想法，這是否就是無人工廠？還是超人造現(xiàn)實感？不管是哪一種都是計算機內(nèi)獲得自然環(huán)境，并將其表現(xiàn)為圖像，這種技術(shù)有待于今后更好的開發(fā)。
(6)感性認識的獲得。由于人們的嗜好和感受的多樣性，就要求制造出與此相適應的能感測這種多樣性的生產(chǎn)系統(tǒng)，此項研究還正在進行。這種生產(chǎn)系統(tǒng)中還要包含能感測到人類的心理狀態(tài)，例如，在服裝行業(yè)中，雖然要力求生產(chǎn)工藝自動化，引進計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造系統(tǒng)（CAM），而另外還必須有評估服裝成品工藝難易程度的感測系統(tǒng)。
這樣，把新型智能型機器人的研究就當作當前的任務。我們雖然已展望了傳感器的開發(fā)研究，而必不可少的是實現(xiàn)機器人操作的自主性的技術(shù)開發(fā)。同時，為了識別、理解三維環(huán)境，確立圖像處技術(shù)是其中心課題。
最后，在尚未述及的模糊技術(shù)和仿生電子學中的神經(jīng)原技術(shù)，兩者一起可以看作傳感器綜合技術(shù)中必不可少的處理技術(shù)，希望在今后重點開發(fā)研究。