傳感技術(shù)同計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)一起被稱為信息技術(shù)的三大支柱。從仿生學(xué)觀點(diǎn)，如果把計(jì)算機(jī)看成處理和識(shí)別信息的“大腦”，把通信系統(tǒng)看成傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”的話，那么傳感器就是“感覺(jué)器官”。傳感技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信息，并對(duì)之進(jìn)行處理(變換)和識(shí)別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)，它涉及傳感器(又稱換能器)、信息處理和識(shí)別的規(guī)劃設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制/建造、測(cè)試、應(yīng)用及評(píng)價(jià)改進(jìn)等活動(dòng)。
獲取信息靠各類傳感器，它們有各種物理量、化學(xué)量或生物量的傳感器。按照信息論的凸性定理，傳感器的功能與品質(zhì)決定了傳感系統(tǒng)獲取自然信息的信息量和信息質(zhì)量，是高品質(zhì)傳感技術(shù)系統(tǒng)的構(gòu)造第一個(gè)關(guān)鍵。信息處理包括信號(hào)的預(yù)處理、后置處理、特征提取與選擇等。識(shí)別的主要任務(wù)是對(duì)經(jīng)過(guò)處理信息進(jìn)行辨識(shí)與分類。它利用被識(shí)別(或診斷)對(duì)象與特征信息間的關(guān)聯(lián)關(guān)系模型對(duì)輸入的特征信息集進(jìn)行辨識(shí)、比較、分類和判斷。因此，傳感技術(shù)是遵循信息論和系統(tǒng)論的。它包含了眾多的高新技術(shù)、被眾多的產(chǎn)業(yè)廣泛采用。它也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)條件，應(yīng)該受到足夠地重視。
為了提高制造企業(yè)的生產(chǎn)率(或降低運(yùn)行時(shí)間)和產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本，工業(yè)界對(duì)傳感技術(shù)的基本要求，是能可靠地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，完成規(guī)定的功能。
現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
1.現(xiàn)狀
無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，與計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字控制技術(shù)相比，傳感技術(shù)的發(fā)展都落后于它們。從80年代起才開(kāi)始重視和投資傳感技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)或列為重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目，不少先進(jìn)的成果仍停留在研究實(shí)驗(yàn)階段，轉(zhuǎn)化率比較低。
我國(guó)從60年代開(kāi)始傳感技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，經(jīng)過(guò)從“六五”到“九五”的國(guó)家攻關(guān)，在傳感器研究開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、可靠性改進(jìn)等方面獲得長(zhǎng)足的進(jìn)步，初步形成了傳感器研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用的體系，并在數(shù)控機(jī)床攻關(guān)中取得了一批可喜的、為世界矚目的發(fā)明專利與工況監(jiān)控系統(tǒng)或儀器的成果。但從總體上講，它還不能適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技的迅速發(fā)展，我國(guó)不少傳感器、信號(hào)處理和識(shí)別系統(tǒng)仍然依賴進(jìn)口。同時(shí)，我國(guó)傳感技術(shù)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)尚未形成，產(chǎn)品的改進(jìn)與革新速度慢，生產(chǎn)與應(yīng)用系統(tǒng)的創(chuàng)新與改進(jìn)少。
機(jī)器人技術(shù)
機(jī)器人的研究從一開(kāi)始就是擬人化的，所以才有機(jī)械手、機(jī)械臂的開(kāi)發(fā)與制 作，也是為了以機(jī)械來(lái)代替人去做人力所無(wú)法完成的勞作或探險(xiǎn)。但近十幾年來(lái)，機(jī)器人的開(kāi)發(fā)不僅越來(lái)越優(yōu)化，而且涵蓋了許多領(lǐng)域，應(yīng)用的范疇十分廣闊。大而言之，用之于太空開(kāi)發(fā)，月球車，深海探測(cè)器，海洋石油開(kāi)采，航天飛機(jī)機(jī)械臂等，小至微型手術(shù)機(jī)械，生命監(jiān)測(cè)儀等。軍事上的用途更是日新月異，從拆彈器、清除地雷器到無(wú)人駕駛飛機(jī)、戰(zhàn)車，有人甚至預(yù)測(cè)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)可能如星球大戰(zhàn)一樣，是機(jī)器人的戰(zhàn)爭(zhēng)。至于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、遺傳生物產(chǎn)業(yè)、醫(yī)學(xué)、文化產(chǎn)業(yè)、電訊業(yè)、能源開(kāi)發(fā)，都將因機(jī)器人的大量登場(chǎng)而出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)革命。英國(guó)電訊公司未來(lái)學(xué)部門研究員曾因準(zhǔn)確預(yù)測(cè)手機(jī)短訊、垃圾電郵及網(wǎng)上搜尋引擎的出現(xiàn)而聞名，在最近公布的科技展望五十年的預(yù)測(cè)中，其中就有數(shù)條是關(guān)于機(jī)器人的。
毋庸置疑，未來(lái)的機(jī)器人將會(huì)朝著三個(gè)方面發(fā)展：
一、與人類社會(huì)的生活更為密切地結(jié)合起來(lái)，以為人作出更多的服務(wù)作為要素
二十年后，家中掃除、清潔的工作或老人的護(hù)理保健的工作可能全由機(jī)器人取代。美國(guó)舊金山的醫(yī)院已開(kāi)始使用機(jī)器人為病人送藥、配藥的服務(wù)。美國(guó)的阿伊機(jī)器人公司的總裁接受媒體采訪時(shí)表示，該公司生產(chǎn)的家用大掃除機(jī)器人產(chǎn)品，2002年只有一百二十萬(wàn)美元銷售額，到2004年已猛增10倍以上。還有，家居的全自動(dòng)化，無(wú)需駕駛的自動(dòng)汽車，等等，實(shí)在無(wú)法一一計(jì)數(shù)或作出預(yù)計(jì)。
二、仿生性，生物性的大趨向
以趣味性、生物性來(lái)制造機(jī)器狗、貓、魚(yú)等動(dòng)物。譬如日本三菱重工附屬公司Ryomei Engineering研制成功的金色機(jī)械魚(yú)“金魚(yú)虎”長(zhǎng)1公尺，重25公斤，是一只不小的巨魚(yú)，能自動(dòng)暢游于水中，可協(xié)助監(jiān)察橋梁的保安和搜集魚(yú)汛的情況，監(jiān)視河水污染等。索尼公司研制的Aibo機(jī)器狗會(huì)對(duì)主人聲音有情緒反應(yīng)，已能夠模仿喜怒哀樂(lè)和恐懼等情緒，將來(lái)可出現(xiàn)代替真正導(dǎo)盲犬的機(jī)器狗。另外，電影《侏羅紀(jì)公園》的恐龍機(jī)器人等也是例子。這類仿生性機(jī)器人還被廣泛用于軍事上的偵察救險(xiǎn)、情報(bào)傳送，甚至殺敵于無(wú)形的手段上去。美國(guó)夏威夷大學(xué)設(shè)有水下機(jī)器人研究中心，已具相當(dāng)規(guī)模。今年八月初俄羅斯迷你潛艇在海底為漁網(wǎng)所纏，困于190米下的深海，就得助于英國(guó)的“天蝎”號(hào)救援艇之助而脫險(xiǎn)的，“天蝎”號(hào)就是海底機(jī)器人。
三、最重要的發(fā)展是人性化
今年三月至九月于日本愛(ài)知舉行的萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)，被稱為機(jī)器人的大集合之展覽會(huì)，有人甚至將之稱作“機(jī)器人萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)”，從中亦可看出日本的這一產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)及成果。在展場(chǎng)中，接待處、大會(huì)清掃工作、警備工作等，多以機(jī)器人的形式出現(xiàn)與取替。博覽會(huì)期間還舉辦多項(xiàng)人與機(jī)器人有關(guān)的活動(dòng)，其中最引人注目的還是人工智能及人性化的機(jī)器人的表演，譬如接待處的一位女性機(jī)器人能聽(tīng)、說(shuō)六國(guó)語(yǔ)言，而且說(shuō)話時(shí)眼、嘴皆會(huì)動(dòng)，面部肌肉也有活動(dòng)。大阪大學(xué)工學(xué)院在人工智能機(jī)器人的開(kāi)發(fā)方面有不俗的成績(jī)，石黑浩教授制作“Actroid Repliee”，以“電視臺(tái)新聞播音員”的外貌現(xiàn)世，其手、頭和上身皆可自如活動(dòng)，外形逼真，惟妙惟肖。還有造型奇特有趣的高爾夫球機(jī)器人“坎迪—5”，它內(nèi)置整個(gè)高爾夫球場(chǎng)的3D地形和球會(huì)會(huì)員的資料，并設(shè)置有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，能作360度自如旋轉(zhuǎn)，它的系統(tǒng)將愈加精密，并更具人性化，科學(xué)家預(yù)計(jì)在2020年完成其全部制作時(shí)，它可充當(dāng)球僮并可從旁給予擊球建議。此外，尚有具“視覺(jué)”、“味蕾”的機(jī)器人，它的紅外線測(cè)定可以對(duì)食物及飲品的成份、含量馬上作出判定，譬如將一只蘋果擺在其手臂前，可以打印出該只蘋果的糖份、維生素含量等。最引人注目的是機(jī)器人管樂(lè)隊(duì)的演奏，以機(jī)器人演奏真正的樂(lè)器，而且隊(duì)形不斷變換，演奏技術(shù)臻于上乘。東京大學(xué)于今年八月公布已開(kāi)發(fā)出人的仿真性皮膚，可如人一樣感受冷熱、痛楚、溫度反應(yīng)，甚至一些人的皮膚未具有的功能都可以設(shè)定，這對(duì)仿造機(jī)器人的生命性又是一大進(jìn)步。凡此種種，不一而足。
在世紀(jì)之交，生物遺傳工程因“克隆人”的出現(xiàn)而引致倫理、法律及道德問(wèn)題的爭(zhēng)議，“克隆人”能否問(wèn)世仍然是一個(gè)未知數(shù)，但機(jī)器人的研發(fā)正在取而代之，以越接近人性化為追尋目標(biāo)。因而還為之出現(xiàn)了新的名詞，比如人工智能(Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI)，并以下述二個(gè)英文名字用來(lái)指人類模樣的機(jī)器人：androids和humanoids。西方的電影導(dǎo)演在談到影視中出現(xiàn)的非常人性化的機(jī)器人時(shí)，更常常使用這些有明確傾向的專用詞：
我國(guó)的機(jī)器人研發(fā)工作基本上屬于科學(xué)研究的項(xiàng)目，據(jù)說(shuō)，中國(guó)科學(xué)院目前已造出說(shuō)話時(shí)嘴唇能夠活動(dòng)、眼睛能轉(zhuǎn)動(dòng)、具視覺(jué)功能的機(jī)器人，其水準(zhǔn)可媲美日本同行，但這臺(tái)機(jī)器人體形甚大，卻未能以雙腳走路。在日本，機(jī)器人能否以二腳行走已成為一個(gè)熱門及熟練的技術(shù)競(jìng)賽項(xiàng)目，譬如有“二足機(jī)械人競(jìng)賽大會(huì)”(分等級(jí))。其實(shí)，機(jī)器人的制作絕對(duì)并非只是液壓機(jī)械與電子產(chǎn)品的混成物，要將機(jī)器人造得越來(lái)越有人性化，就要兼及生命醫(yī)學(xué)、傳感、光學(xué)及創(chuàng)造性的文化產(chǎn)業(yè)等方面，比如機(jī)器人的關(guān)節(jié)就需要研究中醫(yī)的經(jīng)絡(luò)學(xué)、生物學(xué)上的神經(jīng)刺激反應(yīng)以及文化產(chǎn)品的某種造型特征(其中很重要的是民族特征的外表)等等。英國(guó)的科學(xué)家甚至預(yù)言，到2020年，隨著機(jī)器人愈來(lái)愈精密和使用有機(jī)零件制造，它們將會(huì)受到“機(jī)器人權(quán)”的保護(hù)。
在美、日、德、法、韓等國(guó)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的開(kāi)發(fā)正在日受重視，一般采取所謂的“官產(chǎn)學(xué)”形式。“官”即政府的制定政策及傾斜支持，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。據(jù)情報(bào)顯示，日本政府正在調(diào)整全國(guó)的產(chǎn)業(yè)制造結(jié)構(gòu)，名古屋中部地區(qū)的未來(lái)產(chǎn)業(yè)為新型汽車工業(yè)，以大阪為中心的關(guān)西地方將以機(jī)器人產(chǎn)業(yè)為主，東京地區(qū)以資訊情報(bào)化為中心，等等;“產(chǎn)”即產(chǎn)業(yè)界的自我分類的研究與開(kāi)發(fā)，并將之變成產(chǎn)品，取得經(jīng)濟(jì)效益;“學(xué)”即學(xué)校設(shè)置專門的課程(學(xué)科)，教材則與以往不同，非全盤為學(xué)校教授所寫，有一些則由產(chǎn)業(yè)研究所編寫教材，利用電腦技術(shù)介入，反過(guò)來(lái)向大學(xué)師生出售。而專門出售機(jī)器人制作的教科書、教材及裝配零件、專門雜志等也已成行成市，許多公司改變既有行業(yè)，轉(zhuǎn)而生產(chǎn)為此服務(wù)的產(chǎn)品。那么，這是否將導(dǎo)致一場(chǎng)工業(yè)革命?現(xiàn)在斷言尚為時(shí)過(guò)早。但可以預(yù)計(jì)的是，未來(lái)20年，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)將成為未來(lái)新產(chǎn)業(yè)的一個(gè)領(lǐng)先潮流，在現(xiàn)代化的高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中，機(jī)器人將發(fā)揮越來(lái)越大的戰(zhàn)斗作用，從而減少前線士兵的人命傷亡，并以奇技利器克敵制勝。
現(xiàn)在，世界上先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家都十分注重機(jī)器人的研究開(kāi)發(fā)、實(shí)用化及事業(yè)化(產(chǎn)業(yè)化)的動(dòng)向，投入大量的資金、人力，優(yōu)化環(huán)境及指標(biāo)，特別是重視培養(yǎng)年輕一輩對(duì)此一未來(lái)科學(xué)的興趣，吸引他們的投入，以形成人材梯隊(duì)，鍛造出新的產(chǎn)業(yè)隊(duì)伍。除了編造教材，進(jìn)行普及性教育宣傳(譬如針對(duì)小學(xué)生舉辦夏令營(yíng)、體驗(yàn)性教育、博物館實(shí)驗(yàn)課程等等)，而且結(jié)合新的好萊塢電影及文化產(chǎn)品的出現(xiàn)而應(yīng)時(shí)地制造玩具型機(jī)器人，以流行包裝及合適的語(yǔ)言帶起新潮流，營(yíng)造時(shí)尚、新潮的氣氛及環(huán)境。
舉辦各類競(jìng)賽已成為機(jī)器人研發(fā)熱潮的一個(gè)新動(dòng)力。機(jī)器人的國(guó)際比賽，目前以“機(jī)器人世界杯錦標(biāo)賽”最具國(guó)際性，每年舉行一次，于世界各地舉行。這是比照足球世界杯比賽的形式而策劃的。這是一個(gè)集高新科技、娛樂(lè)性及競(jìng)技性的大型比賽，吸引了大量青少年觀眾。2004年的比賽于葡萄牙首都里斯本舉行，參加國(guó)家有37國(guó)共346隊(duì)，約1600名選手(基本上是年輕人)參賽。今年7月中，這個(gè)世界杯錦標(biāo)賽移師日本大阪，共有30個(gè)國(guó)家的代表隊(duì)(實(shí)際出場(chǎng)330隊(duì))，約2000名選手參賽，盛況空前。會(huì)后又舉行了學(xué)術(shù)研討會(huì)，為讓大家共享有關(guān)資訊而倡導(dǎo)全面公開(kāi)理論技術(shù)方面的資料。中國(guó)科技大學(xué)、浙江大學(xué)等代表隊(duì)在這次比賽中有所斬獲，取得不俗的佳績(jī)，但得獎(jiǎng)最多的則是日本及歐美國(guó)家的代表隊(duì)。明年的比賽將在德國(guó)(柏林)舉行。至目前為止，全球共有40個(gè)國(guó)家的4000人以上的研究者參與此一活動(dòng)。今年8月27日，由亞太廣播電視聯(lián)盟主辦的“ABU機(jī)器人大賽”在北京航空航天大學(xué)體育館舉行，由中國(guó)廣電局及中央電視臺(tái)作為東道主，亞太地區(qū)大學(xué)生機(jī)器人代表隊(duì)將在這里一決高低。
開(kāi)展不同級(jí)別、科目、門類的比賽，在日本全國(guó)各地最為蓬勃。以“ROBO-ONE”的比賽較為大型，韓國(guó)也有同名的競(jìng)賽。日本的ROBO-ONE至今已舉行七屆，今年韓國(guó)制作者Jeon Young-Su攜其作品TAEKWON-V跨國(guó)參加于東京的比賽，獲得項(xiàng)目冠軍。平時(shí)，日本的大學(xué)生也有組隊(duì)去美國(guó)進(jìn)行友誼比賽等活動(dòng)，并一齊切磋技藝，互相交換資料及情況。最值得注目的是日本的“青少年機(jī)器人大賽”，比賽分為二個(gè)級(jí)別，一為小學(xué)生—初中二年級(jí);一為初三學(xué)生—高中生。這個(gè)比賽有區(qū)、市、縣的對(duì)抗及選拔賽，最后選出最佳代表隊(duì)參加全國(guó)比賽。從比賽的場(chǎng)面來(lái)看，場(chǎng)面十分熱鬧，而各地電視臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)播，也為這個(gè)熱潮推波助瀾。此外，還有“機(jī)器人創(chuàng)造國(guó)際競(jìng)技大賽”、“全日本機(jī)器人相撲大賽”、“全國(guó)高中機(jī)器人大賽”等等。并分有年齡級(jí)別、專項(xiàng)比賽，對(duì)參賽者年齡及機(jī)器人的體高、體積、配置、電源等都訂有明確的規(guī)定。韓國(guó)除了“ROBO-ONE”大賽之外，還有“機(jī)器人對(duì)抗賽”，最有名的機(jī)器人大賽是重30公斤級(jí)的“Battle Robot”大賽。韓國(guó)的青少年中正在掀起一股機(jī)器人熱潮，對(duì)此我們也應(yīng)予以重視。同時(shí)，韓國(guó)政府與企業(yè)正在投入大量資金開(kāi)發(fā)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，并使之逐步商品化。香港自2004年起開(kāi)始舉辦中學(xué)生機(jī)器人比賽，雖然水準(zhǔn)很低，但是一個(gè)很好的起步。今年8月參加北京比賽的則是香港大學(xué)代表隊(duì)。在香港的八所大學(xué)中，似乎還未見(jiàn)有日、韓那樣熱烈且有較大規(guī)模、分門別類的機(jī)器人比賽活動(dòng)，同時(shí)也比不上內(nèi)地一些大學(xué)的水準(zhǔn)。臺(tái)灣則于今年八月中舉辦了小學(xué)生、中學(xué)生的機(jī)器人比賽，起點(diǎn)不高，但相當(dāng)受歡迎。
但是，總體而言，我國(guó)的機(jī)器人的研究與開(kāi)發(fā)仍處于落后狀態(tài)，我們的國(guó)人對(duì)于機(jī)器人的認(rèn)識(shí)可能存在著二個(gè)誤區(qū)，一種是將機(jī)器人的開(kāi)發(fā)視作是西方國(guó)家純粹為了解決勞動(dòng)力不足而去研制的，而中國(guó)是世界人口大國(guó)，勞動(dòng)力低廉，不必去開(kāi)發(fā)此類產(chǎn)品;另一種則視機(jī)器人是孩子們的玩具，卻沒(méi)有注意到一個(gè)新的界面，就是二者的結(jié)合導(dǎo)致了一種新的未來(lái)產(chǎn)業(yè)。 以中國(guó)人的聰明智能，而且人口眾多，倘能盡快在全國(guó)范圍內(nèi)(尤其是中、小學(xué)生)推動(dòng)與發(fā)展此一產(chǎn)業(yè)的試驗(yàn)階段，一者將培養(yǎng)青少年的科學(xué)創(chuàng)造及發(fā)明的興趣;二者將為此產(chǎn)業(yè)打下扎實(shí)、廣闊的基礎(chǔ)，涌現(xiàn)出一批人材;三者可以調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),為中國(guó)科技趕超世界先進(jìn)水平及發(fā)展技術(shù)型經(jīng)濟(jì)、開(kāi)拓新的知識(shí)產(chǎn)權(quán)市場(chǎng)而有所作為。反之，倘若對(duì)此一產(chǎn)業(yè)不加重視，掉以輕心，不謀發(fā)展與投入，則我們將在今后的高科技發(fā)展中不僅無(wú)法達(dá)到先進(jìn)國(guó)家的水平，而且還將因?yàn)槠鸩酵矶鵀槿思遗闩?，或者永遠(yuǎn)吃別人吃過(guò)的饃，陷于落后的境地而無(wú)法自拔。這或是我們的杞憂，不足為道，但“他山之石，可以攻玉”，看到外國(guó)青少年如此熱衷于此一科學(xué)活動(dòng)，并且，在外國(guó)的未來(lái)產(chǎn)業(yè)上已出現(xiàn)了機(jī)器人的商品及實(shí)用性產(chǎn)品，這又怎能不叫我們感到憂心如焚?！巴鲅蜓a(bǔ)牢，猶未為晚”，只要意識(shí)到我們?cè)谶@一產(chǎn)業(yè)方面與國(guó)外的差距，乘我們的國(guó)力正日益強(qiáng)盛之勢(shì)，盡快地進(jìn)行“官產(chǎn)學(xué)”的投入與研究開(kāi)發(fā)，今天的中國(guó)青少年將在未來(lái)的二十年中在此一業(yè)界中崛起，在這個(gè)世界先進(jìn)行列中爭(zhēng)一席之地。
