传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱。从仿生学观点,如果把计算机看成处理和识别信息的“大脑”,把通信系统看成传递信息的“神经系统”的话,那么传感器就是“感觉器官”。传感技术是关于从自然信源获取信息,并对之进行处理(变换)和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术,它涉及传感器(又称换能器)、信息处理和识别的规划设计、开发、制/建造、测试、应用及评价改进等活动。 获取信息靠各类传感器,它们有各种物理量、化学量或生物量的传感器。按照信息论的凸性定理,传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量,是高品质传感技术系统的构造第一个关键。信息处理包括信号的预处理、后置处理、特征提取与选择等。识别的主要任务是对经过处理信息进行辨识与分类。它利用被识别(或诊断)对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息集进行辨识、比较、分类和判断。因此,传感技术是遵循信息论和系统论的。它包含了众多的高新技术、被众多的产业广泛采用。它也是现代科学技术发展的基础条件,应该受到足够地重视。 为了提高制造企业的生产率(或降低运行时间)和产品质量、降低产品成本,工业界对传感技术的基本要求,是能可靠地应用于现场,完成规定的功能。 现状及国内外发展趋势 1.现状 无论是国内还是国外,与计算机技术和数字控制技术相比,传感技术的发展都落后于它们。从80年代起才开始重视和投资传感技术的研究开发或列为重点攻关项目,不少先进的成果仍停留在研究实验阶段,转化率比较低。 我国从60年代开始传感技术的研究与开发,经过从“六五”到“九五”的国家攻关,在传感器研究开发、设计、制造、可靠性改进等方面获得长足的进步,初步形成了传感器研究、开发、生产和应用的体系,并在数控机床攻关中取得了一批可喜的、为世界瞩目的发明专利与工况监控系统或仪器的成果。但从总体上讲,它还不能适应我国经济与科技的迅速发展,我国不少传感器、信号处理和识别系统仍然依赖进口。同时,我国传感技术产品的市场竞争力优势尚未形成,产品的改进与革新速度慢,生产与应用系统的创新与改进少。 机器人技术 机器人的研究从一开始就是拟人化的,所以才有机械手、机械臂的开发与制 作,也是为了以机械来代替人去做人力所无法完成的劳作或探险。但近十几年来,机器人的开发不仅越来越优化,而且涵盖了许多领域,应用的范畴十分广阔。大而言之,用之于太空开发,月球车,深海探测器,海洋石油开采,航天飞机机械臂等,小至微型手术机械,生命监测仪等。军事上的用途更是日新月异,从拆弹器、清除地雷器到无人驾驶飞机、战车,有人甚至预测未来战争可能如星球大战一样,是机器人的战争。至于工业、农业、遗传生物产业、医学、文化产业、电讯业、能源开 发,都将因机器人的大量登场而出现产业革命。英国电讯公司未来学部门研究员曾因准确预测手机短讯、垃圾电邮及网上搜寻引擎的出现而闻名,在最近公布的科技展望五十年的预测中,其中就有数条是关于机器人的。 毋庸置疑,未来的机器人将会朝着三个方面发展: 一、与人类社会的生活更为密切地结合起来,以为人作出更多的服务作为要素 二十年后,家中扫除、清洁的工作或老人的护理保健的工作可能全由机器人取代。美国旧金山的医院已开始使用机器人为病人送药、配药的服务。美国的阿伊机器人公司的总裁接受媒体采访时表示,该公司生产的家用大扫除机器人产品,2002年只有一百二十万美元销售额,到2004年已猛增10倍以上。还有,家居的全自动化,无需驾驶的自动汽车,等等,实在无法一一计数或作出预计。 二、仿生性,生物性的大趋向 以趣味性、生物性来制造机器狗、猫、鱼等动物。譬如日本三菱重工附属公司Ryomei Engineering研制成功的金色机械鱼“金鱼虎”长1公尺,重25公斤,是一只不小的巨鱼,能自动畅游于水中,可协助监察桥梁的保安和搜集鱼汛的情况,监视河水污染等。索尼公司研制的Aibo机器狗会对主人声音有情绪反应,已能够模仿喜怒哀乐和恐惧等情绪,将来可出现代替真正导盲犬的机器狗。另外,电影《侏罗纪公园》的恐龙机器人等也是例子。这类仿生性机器人还被广泛用于军事上的侦察救险、情报传送,甚至杀敌于无形的手段上去。美国夏威夷大学设有水下机器人研究中心,已具相当规模。今年八月初俄罗斯迷你潜艇在海底为渔网所缠,困于190米下的深海,就得助于英国的“天蝎”号救援艇之助而脱险的,“天蝎”号就是海底机器人。 三、最重要的发展是人性化 今年三月至九月于日本爱知举行的万国博览会,被称为机器人的大集合之展览会,有人甚至将之称作“机器人万国博览会”,从中亦可看出日本的这一产业优势及成果。在展场中,接待处、大会清扫工作、警备工作等,多以机器人的形式出现与取替。博览会期间还举办多项人与机器人有关的活动,其中最引人注目的还是人工智能及人性化的机器人的表演,譬如接待处的一位女性机器人能听、说六国语言,而且说话时眼、嘴皆会动,面部肌肉也有活动。大阪大学工学院在人工智能机器人的开发方面有不俗的成绩,石黑浩教授制作“Actroid Repliee”,以“电视台新闻播音员”的外貌现世,其手、头和上身皆可自如活动,外形逼真,惟妙惟肖。还有造型奇特有趣的高尔夫球机器人“坎迪—5”,它内置整个高尔夫球场的3D地形和球会会员的资料,并设置有全球卫星定位系统,能作360度自如旋转,它的系统将愈加精密,并更具人性化,科学家预计在2020年完成其全部制作时,它可充当球僮并可从旁给予击球建议。此外,尚有具“视觉”、“味蕾”的机器人,它的红外线测定可以对食物及饮品的成份、含量马上作出判定,譬如将一只苹果摆在其手臂前,可以打印出该只苹果的糖份、维生素含量等。最引人注目的是机器人管乐队的演奏,以机器人演奏真正的乐器,而且队形不断变换,演奏技术臻于上乘。东京大学于今年八月公布已开发出人的仿真性皮肤,可如人一样感受冷热、痛楚、温度反应,甚至一些人的皮肤未具有的功能都可以设定,这对仿造机器人的生命性又是一大进步。凡此种种,不一而足。
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