2013年,传感器受到全社会新的关注,许多国家开始提出“万亿传感器”的口号。
美国:首先提出“万亿传感器革命”
图1 “万亿传感器”的普及进程
“万亿传感器革命”这一说法,最初出现在美国的产学联合会议“万亿传感器峰会(TSensors Summit)”上。
该会议由仙童半导体公司副总裁Janusz Bryzek、加州大学圣地亚哥分校工学院院长Albert P. Pisano等共同主持。支持并参加该会议的有来自ICT(信息通信技术)、零部件(半导体、电子部件)行业,以及大学和研究机构的众多著名企业和组织。
会议提出“万亿个传感器覆盖地球(Trillion Sensors Universe)”计划,旨在推动社会基础设施和公共服务中每年使用1万亿个传感器(图1)。1万亿,这个数字相当于目前全球传感器市场需求的100倍。可以预见,不久的将来,我们身边将到处布满传感器。
10年后,传感器数量将突破1万亿个;再过10年,会达到数10万亿个。(仙童半导体)
日本:启动多项“传感器”大规模应用计划
社会基础设施老化、老龄人口增加,再加上资源与粮食的不足……日本未来需要应对的社会公共服务问题很多。2013年4月,日本经济产业省启动了“传感器技术在社会公共服务中的应用开发项目”,项目内容涉及对建造使用10年以上的桥梁及道路等进行维护管理、改善农作物栽培环境、通过测量人类体征信息及时发现疾病等。
2013年7月,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)公布了该项目委托研究机构。其中,社会以及工业基础设施领域由日本纳米光电工学推进机构、NEC、日本首都高速道路技术中心牵头;农业领域由日本产业技术综合研究所、松下等牵头;医疗健康领域则由日本NMEMS技术研究机构负责,并计划2014年4月成立专门项目组,通过计算机解析来自传感器采集的大量数据。
2013年6月14日,日本内阁会议通过了日本未来IT战略《打造全世界最先进的IT国家宣言》,宣言提出“2020年度前利用传感器对日本20%的重要基础设施及老化基础设施进行检测和维修”、“对医疗护理及生活救助服务的相关传感器技术及机器人技术等进行开发验证与商用化”等目标。
未来社会基础设施的核心为传感器与执行器
广义上的社会基础设施具体包括:(1)大楼、住宅、桥梁、水坝等建筑的管理及安全保障;(2)铁路、船舶、飞机及汽车等交通工具的安全保障;(3)人类健康管理及老龄人口护理;(4)提高农业及畜牧等第一产业的效率;(5)能源相关基础设施的维护等。
图2 利用传感器、大数据等解决社会公共服务问题
图2中的蓝色物体为日本富士电机的振动传感器,左下是安装这一传感器的该公司大楼;中间的社会公共服务元件是日本丰桥技术科学大学的土壤养分传感器,箭头对应的是安装这一传感器的农田;右边的社会公共服务元件为德国不来梅大学(University of Bremen)可对人体神经等产生作用的电极,箭头对应的为日本罗姆公司用近红外线图像传感器拍摄的人的手指。
不管是哪个领域,未来的系统构成大体上相同(图2)。首先,要在作为对象的基础设施上安装用网络联接起来的无数个传感器,用来收集关于基础设施状态的数据。然后根据采集到的数据,评估基础设施的使用状态,并在必要的情况下发出警报,或是进行恰当的调控。比如,监控桥梁及建筑时,利用光纤传感器及加速度传感器来采集建筑的数据,并运用数理统计方法来解析是否存在异常,如果有问题就发出警报。
这样的系统被称作传感器网络或物联网。这一概念很早以前就有,但是并未得到真正普及。现在,因传感器大规模应用,情况正在发生转变。
技术环境的不断完善,也将加速传感器的使用。智能手机因配置了加速度传感器及无线通信模块,而变得非常易于使用。通信技术方面,除了WLAN、蓝牙之外,还有一些国家规划出920MHz波段等,无线通信方式的选择越来越多。数据分析技术也因为大数据的用途增加而快速发展。
同时,随着“开放数据”管理办法上的成熟,开放数据与传感器数据想结合分析,将赋予解析结果更多附加值。开放数据是指气象数据、城市基础数据、人口动态等。云计算汇集传感器采集的数据,与开放数据进行结合比照,经过大数据技术进行解析之后,可提升各项分析的精准度。
可以说,社会基础设施、社会公共服务之中,传感器系统将因广泛的感应与强大的计算能力,被大规模采用。
作者:工业和信息化部国际经济技术合作中心 王喜文