傳感器課程論文

1、傳感器課程論文（設(shè)計(jì)）題目： 機(jī)器人傳感器學(xué)生 學(xué) 號(hào) 專 業(yè) 年 級(jí) 教務(wù)處制2012年 5月題目：機(jī)器人傳感器摘要：傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，其重要性變得越來越明顯。機(jī)器人傳感器也由普通的人類5大感覺器官（視覺 嗅覺 觸覺 聽覺 味覺）向特殊的傳感器發(fā)展，如呼吸傳感器、電極傳感器等。關(guān)鍵詞：機(jī)器人傳感器；視覺；嗅覺；觸覺；聽覺；味覺；呼吸傳感器；電極傳感器Robot SensorAbstract:Asfront-enddata acquisition system,sensorshas becomea key component in au

2、tomation systems androbot technology andits importanceis becoming increasinglyapparent.Robot Sensors are moving forward to thedevelopment ofspecialsensors, such as respirationand electrodesensors from the ordinary5 common sensors which learned from human beingssense of visual,hearing,taste,smell and

3、touch.Keywords:Robot Sensors;Vision;Smell; Touch; Hearing; Taste; Respiratory Sensors: Electrode Sensor目錄前言：4一、機(jī)器人傳感器的分類51.部傳感器51>規(guī)定位置、規(guī)定角度的測量52>速度、角速度測量63>加速度測量64>其他部傳感器62.外部傳感器71>觸覺傳感器72>力覺傳感器73>距離傳感器84>其他外部傳感器8二、傳統(tǒng)機(jī)器人傳感器的發(fā)展81. 激光傳感器視覺81>工作原理92>先進(jìn)的數(shù)字控制系統(tǒng)93>激光視覺檢測站的

4、應(yīng)用102.氣敏傳感器嗅覺113.壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺11三、非傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展131.呼吸傳感器132.電極傳感器14結(jié)論：15參考文獻(xiàn)：15前言：最廣義地來說，傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。國際電工委員會(huì)(IEC:International Electrotechnical Committee)的定義為：“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號(hào)”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的傳感器”。傳感器是傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測量信

5、號(hào)輸入的第一道關(guān)口。信息處理技術(shù)取得的進(jìn)展以與微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，都需要在傳感器的開發(fā)方面有相應(yīng)的進(jìn)展。微處理器現(xiàn)在已經(jīng)在測量和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著這些系統(tǒng)能力的增強(qiáng)，作為信息采集系統(tǒng)的前端單元，傳感器的作用越來越重要。傳感器已成為自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵部件，作為系統(tǒng)中的一個(gè)結(jié)構(gòu)組成，其重要性變得越來越明顯。圖1 傳感器系統(tǒng)的框圖傳感器系統(tǒng)的框圖示于圖1，進(jìn)入傳感器的信號(hào)幅度是很小的，而且混雜有干擾信號(hào)和噪聲。為了方便隨后的處理過程，首先要將信號(hào)整形成具有最佳特性的波形，有時(shí)還需要將信號(hào)線性化，該工作是由放大器、濾波器以與其他一些模擬電路完成的。在某些情況下，這

6、些電路的一部分是和傳感器部件直接相鄰的。成形后的信號(hào)隨后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并輸入到微處理器。機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的復(fù)雜機(jī)器，它具有類似人的肢體與感官功能；動(dòng)作程序靈活；有一定程度的智能；在工作時(shí)可以不依賴人的操縱。機(jī)器人傳感器在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用，正因?yàn)橛辛藗鞲衅鳎瑱C(jī)器人才具備了類似人類的知覺功能和反應(yīng)能力。一、機(jī)器人傳感器的分類根據(jù)傳感器在機(jī)器人中的作用，機(jī)器人傳感器分為部傳感器和外部傳感器。1.部傳感器在有關(guān)工業(yè)機(jī)器人功能的術(shù)語中，“部”測量功能定義為測量機(jī)器人自身狀態(tài)的功能，所謂部傳感器，就是實(shí)現(xiàn)該功能的元件，具體檢測的對(duì)象有關(guān)節(jié)的線位移和角位移等幾何量，速度、角速度和加速度

7、等運(yùn)動(dòng)量，還有傾斜角、方位角和振動(dòng)等物理量，對(duì)各種傳感器要求精度高、響應(yīng)速度快、測量圍寬。部傳感器中，位置傳感器和速度傳感器是當(dāng)今機(jī)器人反饋控制中不可缺少的元件?，F(xiàn)已有多種傳感器大量生產(chǎn)，但傾斜角傳感器、方位角傳感器與振動(dòng)傳感器等用作機(jī)器人部傳感器的時(shí)間不長，其性能尚需進(jìn)一步改進(jìn)。部傳感器按功能分為規(guī)定位置、規(guī)定角度的測量，速度、角速度測量，加速度測量等傳感器。1>規(guī)定位置、規(guī)定角度的測量檢測預(yù)先規(guī)定的位置或角度，可以用ON/OFF兩個(gè)狀態(tài)值，這種方法用于檢測機(jī)器人的起始原點(diǎn)、越限位置或確定位置。(1) 微型開關(guān)：規(guī)定的位移或力作用到微型開關(guān)的可動(dòng)部分(稱為執(zhí)行器)時(shí)，開關(guān)的電氣觸點(diǎn)斷開

8、或接通。限位開關(guān)通常裝在盒里，以防外力的作用和水、油、塵埃的侵蝕。(2) 光電開關(guān)：光電開關(guān)是由LED光源和光敏二極管或光敏晶體管等光敏元件組成，相隔一定距離而構(gòu)成的透光式開關(guān)。當(dāng)光由基準(zhǔn)位置的遮光片通過光源和光敏元件的縫隙時(shí)，光射不到光敏元件上，而起到開關(guān)的作用。(3) 編碼器。編碼器輸出表示位移增量的編碼器脈沖信號(hào)，并帶有符號(hào)。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式。根據(jù)其刻度方法與信號(hào)輸出形式，分為增量式編碼器和絕對(duì)式編碼器。作為機(jī)器人位移傳感器，光電編碼器應(yīng)用最為廣泛。絕對(duì)式編碼器與增量式編碼器不同之處在于圓盤上透光、不透光的線條圖形，絕對(duì)式編碼器可有若干編碼，根據(jù)讀出

9、碼盤上的編碼，檢測絕對(duì)位置。編碼的設(shè)計(jì)可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼和二進(jìn)制補(bǔ)碼等。磁編碼器在強(qiáng)磁性材料表面上記錄等間隔的磁化刻度標(biāo)尺，標(biāo)尺旁邊相對(duì)放置磁阻效應(yīng)元件或霍爾元件，即能檢測出磁通的變化。與光電編碼器相比，磁編碼器的刻度間隔大，但它具有耐油污和抗沖擊等特點(diǎn)。人們期待著磁編碼器和高分辨率的光電編碼器能盡早地用作機(jī)器人的傳感器。2>速度、角速度測量速度、角速度測量是驅(qū)動(dòng)器反饋控制中必不可少的環(huán)節(jié)，有時(shí)也利用測位移傳感器測量速度與檢測單位采樣時(shí)間位移量，然后用F/V轉(zhuǎn)換器變成模擬電壓，但這種方法有其局限性，在低速時(shí)，存在著不穩(wěn)定的危險(xiǎn)；而高速時(shí)，只能獲得較低的測量精度。最通用的速度、角速度傳

10、感器是測速發(fā)電機(jī)或成為轉(zhuǎn)速表的傳感器、比率發(fā)電機(jī)。恒定磁場中的線圈發(fā)生位移，線圈兩端的感應(yīng)電壓E與線圈交鏈磁通的變化率成正比，輸出電壓為E=-d/dt根據(jù)這個(gè)原理，測量角速度的測速發(fā)電機(jī)，可按其構(gòu)造分為直流測速發(fā)電機(jī)、交流測速發(fā)電機(jī)和感應(yīng)式交流測速發(fā)電機(jī)。3>加速度測量隨著機(jī)器人的高速比、高精度化，由機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分剛性不足所引起的振動(dòng)問題開始提到日程上來了。為了解決振動(dòng)問題，有時(shí)在機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)手臂等位置安裝加速度傳感器，測量振動(dòng)加速度，并把它反饋到驅(qū)動(dòng)器上。加速度傳感器分為以下幾種。(1) 應(yīng)變片加速度傳感器。應(yīng)變片加速度傳感器是由一個(gè)板簧支承重錘所構(gòu)成的振動(dòng)系統(tǒng)。在板簧兩面分別貼兩個(gè)應(yīng)變

11、片，應(yīng)變片受振動(dòng)產(chǎn)生應(yīng)變，其電阻值的變化通過電橋電路的輸出電壓被檢測出來。(2) 伺服加速度傳感器。伺服加速度傳感器中振動(dòng)系統(tǒng)重錘位移變換成成正比的電流，把電流反饋到恒定磁場中的線圈，使重錘返回到原來的零位移狀態(tài)。由F=ma=ki，根據(jù)檢測的電流可以求出加速度。(3) 壓電感應(yīng)加速度傳感器。壓電感應(yīng)加速度傳感器是利用具有壓電效應(yīng)的物質(zhì)將加速度轉(zhuǎn)換為電壓即U=Q/ACP=dijF/CP(9-6)a=UCP/dijFm式中：CP壓電元件電容；dij壓電常數(shù)；U電壓；m質(zhì)量。4>其他部傳感器除以上介紹的常用部傳感器外，還有一些根據(jù)機(jī)器人不同要求而安裝的不同功能的部傳感器，如用于傾斜角測量的液體

12、式傾斜角傳感器、電解液式傾斜角傳感器、垂直振子式傾斜角傳感器，用于方位角測量的陀螺儀和地磁傳感器。這些傳感器有待于進(jìn)一步完善，從而更好地用于機(jī)器人上。2.外部傳感器為了檢測作業(yè)對(duì)象與環(huán)境或機(jī)器人與它們的關(guān)系，在機(jī)器人上安裝了觸覺傳感器、視覺傳感器、力覺傳感器、接近覺傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器，大大改善了機(jī)器人工作狀況，使其能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。由于外部傳感器為集多種學(xué)科于一身的產(chǎn)品，有些方面還在探索之中，隨著外部傳感器的進(jìn)一步完善，機(jī)器人的功能越來越強(qiáng)大，將在許多領(lǐng)域?yàn)槿祟愖鞒龈筘暙I(xiàn)。1>觸覺傳感器觸覺是接觸、沖擊和壓迫等機(jī)械刺激感覺的綜合，觸覺可以用來進(jìn)行機(jī)器人抓取，利用

13、觸覺可進(jìn)一步感知物體的形狀和軟硬等物理性質(zhì)。對(duì)機(jī)器人觸覺的研究，只能集中于擴(kuò)展機(jī)器人能力所必需的觸覺功能，一般把檢測感知和外部直接接觸而產(chǎn)生的接觸覺、壓力、觸覺與接近覺的傳感器稱為機(jī)器人觸覺傳感器。 (1) 接觸覺。接觸覺是通過與對(duì)象物體彼此接觸而產(chǎn)生的，所以最好使用手指表面高密度分布觸覺傳感器陣列，它柔軟、易于變形，可增大接觸面積，并且有一定的強(qiáng)度，便于抓握。接觸覺傳感器可檢測機(jī)器人是否接觸目標(biāo)或環(huán)境，用于尋找物體或感知碰撞。1) 機(jī)械式傳感器：利用觸點(diǎn)的接觸斷開獲取信息，通常采用微動(dòng)開關(guān)來識(shí)別(物體的二維輪廓，由于結(jié)構(gòu)關(guān)系無法高密度列陣。2) 彈性式傳感器：這類傳感器都由彈性元件、導(dǎo)電觸點(diǎn)

14、和絕緣體構(gòu)成。3) 光纖傳感器：這種傳感器包括由一束光纖構(gòu)成的光纜和一個(gè)可變形的反射表面。光通過光纖束投射到可變形的反射材料上，反射光按相反方向通過光纖束返回。(2) 接近覺。接近覺是一種粗略的距離感覺，接近覺傳感器的主要作用是在接觸對(duì)象之前獲得必要的信息，用來探測在一定距離圍是否有物體接近、物體的接近距離和對(duì)象的表面形狀與傾斜等狀態(tài)，一般用1和0兩種狀態(tài)表示。在機(jī)器人中，主要用于對(duì)物體的抓取和躲避。接近覺一般用非接觸式測量元件，如霍爾效應(yīng)傳感器、電磁式接近開關(guān)和光學(xué)接近傳感器。(3) 滑覺。機(jī)器人在抓取不知屬性的物體時(shí)，其自身應(yīng)能確定最佳握緊力的給定值。當(dāng)握緊力不夠時(shí)，要檢測被握緊物體的滑動(dòng)

15、，利用該檢測信號(hào)，在不損害物體的前提下，考慮最可靠的夾持方法，實(shí)現(xiàn)此功能的傳感器稱為滑覺傳感器?；X傳感器有滾動(dòng)式和球式，還有一種通過振動(dòng)檢測滑覺的傳感器。物體在傳感器表面上滑動(dòng)時(shí)，和滾輪或環(huán)相接觸，把滑動(dòng)變成轉(zhuǎn)動(dòng)。2>力覺傳感器力覺是指對(duì)機(jī)器人的指、肢和關(guān)節(jié)等運(yùn)動(dòng)中所受力的感知，主要包括腕力覺、關(guān)節(jié)力覺和支座力覺等，根據(jù)被測對(duì)象的負(fù)載，可以把力傳感器分為測力傳感器(單軸力傳感器)、力矩表(單軸力矩傳感器)、手指傳感器(檢測機(jī)器人手指作用力的超小型單軸力傳感器)和六軸力覺傳感器。力覺傳感器根據(jù)力的檢測方式不同，可以分為：(1)檢測應(yīng)變或應(yīng)力的應(yīng)變片式；(2)利用壓電效應(yīng)的壓電元件式；(3

16、)用位移計(jì)測量負(fù)載產(chǎn)生的位移的差動(dòng)變壓器、電容位移計(jì)式其中應(yīng)變片被機(jī)器人廣泛采用。在選用力傳感器時(shí)，首先要特別注意額定值，其次在機(jī)器人通常的力控制中，力的精度意義不大，重要的是分辨率。另外，在機(jī)器人上實(shí)際安裝使用力覺傳感器時(shí)，一定要事先檢查操作區(qū)域，清除障礙物。這對(duì)實(shí)驗(yàn)者的人身安全、對(duì)保證機(jī)器人與外圍設(shè)備不受損害有重要意義。3>距離傳感器距離傳感器可用于機(jī)器人導(dǎo)航和回避障礙物，也可用于機(jī)器人對(duì)空間的物體進(jìn)行定位與確定其一般形狀特征。目前最常用的測距法有兩種。(1) 超聲波測距法。 (2) 激光測距法。4>其他外部傳感器除以上介紹的機(jī)器人外部傳感器外，還可根據(jù)機(jī)器人特殊用途安裝聽覺傳

17、感器、味覺傳感器與電磁波傳感器，而這些機(jī)器人主要用于科學(xué)研究、海洋資源探測或食品分析、救火等特殊用途。這些傳感器多數(shù)屬于開發(fā)階段，有待于更進(jìn)一步完善，以豐富機(jī)器人專用功能。二、傳統(tǒng)機(jī)器人傳感器的發(fā)展1. 激光傳感器視覺先進(jìn)的激光在線檢測系統(tǒng)在汽車制造中不同領(lǐng)域的應(yīng)用，在某種程度上改變了汽車制造中的某些傳統(tǒng)工藝流程，它對(duì)于推動(dòng)汽車制造業(yè)的發(fā)展有著與其重要意義。車身的關(guān)鍵尺寸主要是風(fēng)擋玻璃窗尺寸、車門安裝處棱邊位置、定位孔位置與各分總成的位置關(guān)系等，因此視覺傳感器主要分布于這些位置附近，測量其相應(yīng)的棱邊、孔、表面的空間位置尺寸等，一般為固定式測量系統(tǒng)。在生產(chǎn)線上設(shè)計(jì)一個(gè)測量工位，將定位好后的車身置

18、于一框架，框架由縱、橫分布的金屬柱、桿構(gòu)成，可根據(jù)需要在框架上靈活安裝視覺傳感器。傳感器的數(shù)量通常由被測點(diǎn)的數(shù)量來確定。1>工作原理在實(shí)際應(yīng)用中，通常是將多個(gè)視覺傳感器組成一個(gè)視覺檢測站，每個(gè)傳感器首先計(jì)算出被測點(diǎn)在當(dāng)前的傳感器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，然后將所有視覺傳感器坐標(biāo)系匯聚在系統(tǒng)坐標(biāo)系下，從而完成測量。系統(tǒng)的工作主要建立在攝像機(jī)模型和立體視覺傳感器三維測量模型的基礎(chǔ)上。為了得到被測點(diǎn)在車身定位坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，需要以標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系為中介，把被測點(diǎn)在傳感器坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到被測點(diǎn)在車身定位坐標(biāo)系中，這就需要把傳感器坐標(biāo)系、車身定位坐標(biāo)系與標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)一起來，稱為中介坐標(biāo)統(tǒng)一法。完成上述工作是通

19、過局部標(biāo)定和全局標(biāo)定的過程來實(shí)現(xiàn)的。局部標(biāo)定是利用透鏡透視原理，標(biāo)定出從世界坐標(biāo)系到傳感器三維坐標(biāo)系的12個(gè)外部參數(shù)；全局標(biāo)定采用的是中介坐標(biāo)系方案（圖2），通過采用靶標(biāo)，求出測量傳感器所對(duì)應(yīng)的傳感器坐標(biāo)系到經(jīng)緯儀坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣，完成坐標(biāo)系的統(tǒng)一。圖2 全局標(biāo)定示意圖2>先進(jìn)的數(shù)字控制系統(tǒng)激光視覺檢測系統(tǒng)采用先進(jìn)的CBVM測控軟件，可以通過圖形化的操作界面實(shí)現(xiàn)檢測站的所有功能，即使不熟練的操作者也可以方便使用。同時(shí)，數(shù)據(jù)管理與分析軟件負(fù)責(zé)測量數(shù)據(jù)的管理以與完成局域網(wǎng)用戶對(duì)測量數(shù)據(jù)的查詢和分析。3>激光視覺檢測站的應(yīng)用隨著汽車制造水平的不斷提高，激光視覺檢測站逐漸得到應(yīng)用，一汽大眾

20、汽車每一個(gè)總成均采用該系統(tǒng)進(jìn)行尺寸控制，出現(xiàn)問題的部件會(huì)被與時(shí)發(fā)現(xiàn)、報(bào)警并放回返修區(qū)。這樣可以保證每一級(jí)總成部件均由尺寸合格的下級(jí)總成組合而成。不僅如此，由于數(shù)據(jù)實(shí)行實(shí)時(shí)檢測、存儲(chǔ)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，制造部門可以快速發(fā)現(xiàn)工裝夾具的問題所在，在最短的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。（圖3）圖3 視覺檢測系統(tǒng)在焊裝各級(jí)總成中的應(yīng)用除此之外，激光視覺檢測系統(tǒng)還被廣泛應(yīng)用于焊裝生產(chǎn)中，如門蓋裝配、前端切削焊接以與車身后部后尾燈定位孔的形成等。傳統(tǒng)工藝中燈安裝孔采用多個(gè)沖壓件焊接而成，其累計(jì)誤差較大、且難以控制，導(dǎo)致后尾燈安裝后與側(cè)圍匹配質(zhì)量較差、尺寸不穩(wěn)定。采用激光視覺檢測技術(shù)，沖孔在各部件拼焊完成后進(jìn)行，通過使用激光在線

21、測量，將后尾燈左右的型面形成數(shù)模，并與已經(jīng)存儲(chǔ)于控制器中的數(shù)模相對(duì)照，找出最佳匹配尺寸并調(diào)整機(jī)器人完成沖孔工藝。激光在線檢測技術(shù)在白車身車門裝配中的應(yīng)用實(shí)例。其中機(jī)器人控制下的抓拾器與激光在線檢測系統(tǒng)通過總線控制，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，通過激光在線檢測系統(tǒng)在門蓋裝配過程中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測量，實(shí)時(shí)地把所測量數(shù)據(jù)與處理器中的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)模數(shù)據(jù)對(duì)比，給出測量值與理論值的偏差，實(shí)時(shí)調(diào)整抓拾器的安裝位置，使其達(dá)到一個(gè)設(shè)計(jì)的最佳值，此時(shí)門與側(cè)圍的平度和間隙均會(huì)達(dá)到一個(gè)最佳值。2.氣敏傳感器嗅覺日前，日本科學(xué)家使用基因改良青蛙卵細(xì)胞建立一種高精密傳感器，能分辨氣味和探測氣體。該高精密傳感器可用于設(shè)計(jì)靈敏分辨氣體的機(jī)器人。

22、日本科學(xué)家使用基因改良非洲爪蛙卵細(xì)胞建造復(fù)雜的傳感器日本科學(xué)家使用基因改良青蛙卵細(xì)胞建立一種高精密傳感器，能分辨氣味和探測氣體。該高精密傳感器可用于設(shè)計(jì)靈敏分辨氣體的機(jī)器人。如何賦予機(jī)器人靈敏的嗅覺呢？日本東京大學(xué)工業(yè)科學(xué)學(xué)會(huì)生物工程師Shoji Takeuchi聲稱借助基因改良青蛙卵細(xì)胞可以實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)今的電子鼻用途十分局限，雖然它們能夠暫時(shí)地用于探測污染環(huán)境中腐爛食物，但缺乏精確性。傳統(tǒng)的電子鼻當(dāng)遇到目標(biāo)物質(zhì)時(shí)，其部設(shè)計(jì)的石英棒可以不同頻率發(fā)生震顫，這種方法并不是十分有效，當(dāng)帶有類似分子重量的不同物質(zhì)與石英棒發(fā)生交互時(shí)，很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的響應(yīng)。然而，Shoji Takeuchi認(rèn)為沒有比生物體更

23、能分辨不同生物分子之間的區(qū)別，比如：人類氣息中存在的疾病標(biāo)志物。因此，他和同事們研制出一種活細(xì)胞傳感器，并希望使用這項(xiàng)技術(shù)發(fā)明能夠探測到二氧化碳等污染氣體。Shoji Takeuchi將三種昆蟲(絲蛾、菱形斑紋蛾和果蠅)的DNA分子分別注入非洲爪蛙未成熟的卵細(xì)胞中，然后他將這三種表達(dá)不同蛋白質(zhì)的基因改良卵細(xì)胞作為氣味受體，放置一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的暗盒中，再將這個(gè)暗盒放在電極之間。他們發(fā)現(xiàn)這種由基因改良細(xì)胞構(gòu)成的傳感器可精確地測量分辨相應(yīng)的生物分子，例如：在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)他們建造了注入蛾蟲DNA分子的基因改良青蛙卵細(xì)胞作為嗅覺受體的機(jī)器人，當(dāng)機(jī)器人的“鼻子”探測到蛾蟲信息素時(shí)就會(huì)搖頭。日本東京大學(xué)的Sho

24、ji Takeuchi稱，這項(xiàng)突破性技術(shù)對(duì)于環(huán)境研究非常重要。他將非洲爪蛙的改良基因比作“平臺(tái)”，聲稱過去的研究發(fā)現(xiàn)這三種昆蟲體某些DNA片斷對(duì)于分辨氣味和探測氣體非常有效。他說：“我們將不同DNA分子注入青蛙卵細(xì)胞，我們便可以獲得非常有用廉價(jià)的傳感器?！蹦壳埃@項(xiàng)研究發(fā)表在近期出版的美國國家科學(xué)院學(xué)報(bào)上。該研究小組希望未來使用一樣的方法探測二氧化碳等氣體。Shoji Takeuchi說：“蚊子能夠探測發(fā)現(xiàn)人類，這是由于人體所釋放的二氧化碳，因此蚊子具有二氧化碳受體。當(dāng)我們提取蚊子體的DNA分子，再將這些DNA分子注入青蛙卵細(xì)胞中作為活細(xì)胞傳感器，可用于探測二氧化碳?xì)怏w?！?.壓敏、溫敏、流體

25、傳感器觸覺據(jù)英國新科學(xué)家雜志 報(bào)道，機(jī)器人裝配皮膚不僅可以使它們更具審美感，同時(shí)也更讓社會(huì)公眾所接納。觸摸感應(yīng)式皮膚還可以 避免機(jī)器人出現(xiàn)意外傷害。目前，意大利科學(xué)家最新研制一種機(jī)器人皮膚，可靈敏地感應(yīng)到1克重物體的壓力。這種最新機(jī)器人皮膚是由三角狀柔性印刷電路板構(gòu)成，它的作用相當(dāng)于傳感器，能夠覆蓋在iCub機(jī)器人表面（圖4）。每個(gè)三角狀柔性印刷電路板的邊長 各3厘米，并包含12個(gè)電容銅觸點(diǎn)。圖4 iCub機(jī)器人皮膚iCub今年5月份，意大利科技協(xié)會(huì)一支研究小組將在iCub機(jī)器人上首次裝配觸摸式皮膚，據(jù)悉，這種新型 機(jī)器人皮膚包含著柔韌壓力傳感器，可以協(xié)助機(jī)器人觸摸物體。意大利科技協(xié)會(huì)機(jī)器人專

26、家喬治歐-梅塔(Giorgio Metta)說：“皮膚是仿真機(jī)器人一項(xiàng)有待突破的技術(shù)難題，我們的目標(biāo)就是讓仿真機(jī)器人更加接近人類！”目 前，科學(xué)家們正試圖用各種方法制造具有靈敏感應(yīng)能力的機(jī)器人皮膚。例如：日本大阪大學(xué)研制的CB2機(jī)器人，在其硅有機(jī)樹脂皮膚上安裝了數(shù)百個(gè)傳感器，現(xiàn)在更多地增加傳感器的方在出現(xiàn)。雖然許多機(jī) 器人采用了機(jī)器人皮膚，但很難確定所采用的技術(shù)是最適合的，畢竟機(jī)器人將從事許多特殊應(yīng)用。梅塔說：“機(jī)器人皮膚需要符合許多的標(biāo)準(zhǔn)和要求，它們必須有彈性，能夠覆蓋機(jī)器人身體較大的表面積，皮膚表面能夠感應(yīng)輕微的接觸。同時(shí)，許多靈 敏性要求卻又彼此存在沖突?！眎Cub是一種體形像3.5歲兒

27、童的仿真機(jī)器人，科學(xué)家設(shè)計(jì)這款機(jī)器人是為了研究人類肢體、肌腱和觸覺感應(yīng)是如何對(duì)智力提供幫 助，iCub機(jī)器人設(shè)計(jì)的技術(shù)規(guī)是公開的， 歐洲15個(gè)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室都已“克隆”這項(xiàng)機(jī)器 人制造技術(shù)，因此，意大利科技協(xié)會(huì)制造的機(jī)器人皮膚適合于許多款機(jī)器人。這種機(jī)器人皮膚是由三角狀柔性印刷電路板構(gòu)成， 它的作用相當(dāng)于傳感器，能夠覆蓋在iCub機(jī) 器人表面。每個(gè)三角狀柔性印刷電路板的邊長各3厘 米，并包含12個(gè)電容銅觸點(diǎn)。一層硅橡膠層作為間距位于電路板和外層合力纖維之間，該橡膠層在每個(gè)電路板的電容銅觸點(diǎn)上 都有相對(duì)應(yīng)的銅觸點(diǎn)。外層合力纖維層和柔性印刷電路板正反兩面都帶有壓力感應(yīng)電容器。經(jīng)測試這種機(jī)器人皮膚的每

28、個(gè)柔性印刷電路板可感應(yīng)到重量1克物體的壓力。三、非傳統(tǒng)傳感器的發(fā)展1.呼吸傳感器伴著計(jì)算機(jī)科技進(jìn)步而進(jìn)步的醫(yī)療器械、個(gè)人保健器具的革命性突破盡管高科技保健面臨資金窘迫等困境，但無法遮擋未來的輝煌遠(yuǎn)景。 微芯片被植入人腦；模擬人體器官可以預(yù)測藥物反應(yīng)；呼吸傳感器能夠觀測癌細(xì)胞的發(fā)展；機(jī)器人可以完成繁難的外科手術(shù)；不會(huì)說話的人用舌頭下的裝置完成交流并控制輪椅這些聽上去好像科幻小說中的場景。的確，這些高科技的醫(yī)療手段不僅不是現(xiàn)實(shí)，也不可能在短期實(shí)現(xiàn)。  微軟公司日前在歐洲設(shè)立了一個(gè)創(chuàng)新項(xiàng)目用于展示高科技手段如何運(yùn)用于保健領(lǐng)域，并探索疑難重癥的治療方法。該項(xiàng)目的一個(gè)引人矚目之處在于：參與這個(gè)

29、項(xiàng)目的科學(xué)家都是在數(shù)字時(shí)代成長起來的年輕人?，F(xiàn)在，這些被無數(shù)科技進(jìn)步簇?fù)碇砷L起來的年輕人也將踏上征程，開辟屬于他們的全域。   項(xiàng)目的團(tuán)隊(duì)如般年輕而蓬勃，項(xiàng)目的淵源卻可溯之久遠(yuǎn)。早在1960年，丹尼斯·諾貝爾(Denis Noble)教授便創(chuàng)立了心臟的計(jì)算機(jī)模型?，F(xiàn)在他在牛津大學(xué)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠精準(zhǔn)地預(yù)測在心絞痛情況下人體對(duì)藥物的反應(yīng)。這種進(jìn)步完全有賴于計(jì)算機(jī)科技的進(jìn)步一個(gè)新的可以模擬人體心臟對(duì)藥物反應(yīng)的軟件?，F(xiàn)在，這個(gè)軟件已經(jīng)被五個(gè)主要的大型制藥公司運(yùn)用。然而，這個(gè)由100多人一起參與開發(fā)的軟件的真正目的遠(yuǎn)不止此，更加確切地了解心臟的機(jī)能才是科學(xué)家更為野心勃勃的

30、目的所在“現(xiàn)在，在了解心臟機(jī)能方面，我們還有漫長的路要走。事實(shí)上，我們對(duì)心臟的了解僅僅只有2%而已?！敝Z貝爾博士如是說?，F(xiàn)在，一些組織團(tuán)體已經(jīng)轟轟烈烈地開啟了人造器官，甚至人造“人”的大幕。開始于2002年并由歐盟生物醫(yī)學(xué)研究機(jī)構(gòu)資助的“仿真人計(jì)劃(Living Human Project)”就是其中的杰出代表，他們正在朝著制造人體所有器官的道路上大步邁進(jìn)。不過，迄今為止，和所有這些人造器官的項(xiàng)目相比，人造心臟技術(shù)仍然是最為成熟的。     加拿大的卡爾加里大學(xué)(University of Calgary)是生物研

31、究領(lǐng)域的另一位領(lǐng)跑者。去年，學(xué)校附屬的診所完成了一次機(jī)器人手術(shù)。在外科醫(yī)師的操控下，運(yùn)用機(jī)械手(NeuroArm)為一個(gè)病人摘除了腦部腫瘤。這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新帶來的一個(gè)潛在好處便是：醫(yī)生可以在病人處于核磁共振檢測器的檢測之下對(duì)其進(jìn)行手術(shù)，以便醫(yī)生確定腦瘤游移的脈絡(luò)。不僅如此，“這套設(shè)備(機(jī)械手)還使遠(yuǎn)程醫(yī)療成為可能，從此之后，醫(yī)生和病人便不用同在一個(gè)房間了。”細(xì)胞生物學(xué)教授納威德·賽德博士評(píng)價(jià)說。     新技術(shù)的發(fā)明總是如鐵鏈一般，環(huán)環(huán)相扣，步步推進(jìn)；又像投入水中的石子，激起一圈圈漣漪。也許是受到機(jī)械手大獲成功的刺激，馬里蘭大學(xué)(Universit

32、y of Maryland )也正著手研制一種能夠檢測和殺傷乳腺癌細(xì)胞的機(jī)器人。雖然，這個(gè)項(xiàng)目現(xiàn)在仍然處于試驗(yàn)階段，但不久之后就可以在研究室中得見。馬里蘭大學(xué)研制的機(jī)器人并不是唯一一項(xiàng)癌癥檢測手段上的新進(jìn)展：基于狗能夠憑借嗅覺來判斷癌癥的存在與否這一事實(shí)，俄克拉何馬大學(xué)(University of Oklahoma)發(fā)明的呼吸檢測器大大方便了癌癥的檢查。除此之外，科學(xué)家們還期望著能夠弄清癌癥的疑似率與呼出氣體的成分關(guān)系。2.電極傳感器4月15日消息，近日，在全球著名電子技術(shù)期刊EETIMES的2010年“全球十大新興技術(shù)”的評(píng)選中，美國愛默提系統(tǒng)公司發(fā)明的一項(xiàng)名為“生物反饋和思想控制電子裝置”的技術(shù)排在了第一位。據(jù)了解，這一技術(shù)通過一種像耳機(jī)或者頭盔的裝置來實(shí)