2024先進(jìn)感知新技術(shù)及新應(yīng)用白皮書(shū)

圖1圖1 01先進(jìn)感知發(fā)展概述先進(jìn)感知發(fā)展概述伴隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展帶來(lái)的產(chǎn)業(yè)數(shù)字化浪潮，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迎來(lái)快速發(fā)展期，2022年8月我國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)首次超過(guò)移動(dòng)電話用戶(hù)數(shù)，正式步入網(wǎng)絡(luò)連接“物超人”時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)向著千億級(jí)連接規(guī)模邁進(jìn)。“萬(wàn)物智聯(lián)，感知為先”，感知技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)最為重要的底層數(shù)據(jù)來(lái)源及核心技術(shù)支撐。近年來(lái)，隨著千行百業(yè)感知需求的持續(xù)增長(zhǎng)和感知場(chǎng)景的不斷細(xì)分，感知技術(shù)在以下領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸凸顯，制約了產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展：一是垂直行業(yè)發(fā)展帶來(lái)新應(yīng)用場(chǎng)景，感知設(shè)備需要拓展感知范圍、提高感知精度、增加可感范圍；二是物聯(lián)網(wǎng)終端空間有限，感知設(shè)備體積需要進(jìn)一步壓縮；三是智能化發(fā)展需要傳感器集成通信、供能、校準(zhǔn)、處理等更多功能，提供更多服務(wù)；四是當(dāng)前有線連接的傳感器由于施工難度高、布設(shè)拉線成本超高，應(yīng)用受到制約。感知技術(shù)是多學(xué)科、多技術(shù)、多領(lǐng)域的融合體,產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋材料、電子、通信、計(jì)算機(jī)軟硬件、機(jī)械、理論數(shù)學(xué)等領(lǐng)域。為滿(mǎn)足各類(lèi)應(yīng)用對(duì)感知能力的需求，近年來(lái)先進(jìn)感知技術(shù)不斷發(fā)展，通過(guò)對(duì)機(jī)理、材料、工藝和算法等四個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)拓展感知范圍，提升感知精度，優(yōu)化感知效率。0202 感知新機(jī)理是指基于物理、化學(xué)、生物的基本效應(yīng)，采用新的感知機(jī)理，提高傳感設(shè)備的感知范圍、靈敏度、精確度和響應(yīng)速度等核心性能指標(biāo)，以滿(mǎn)足不斷變化和發(fā)展的行業(yè)應(yīng)用需求，近年來(lái)重要?jiǎng)?chuàng)新包括無(wú)源感知技術(shù)、通感一體技術(shù)及量子傳感。感知新材料是指不同于傳統(tǒng)金屬材料以外的，可用于響應(yīng)環(huán)境變化并傳遞電信號(hào)的新型材料，是傳感技術(shù)未來(lái)的重要發(fā)展方向之一，主要包括柔性傳感材料和觸覺(jué)傳感材料。感知新工藝是制作傳感器件實(shí)體的重要步驟，工藝的發(fā)展可以使技術(shù)創(chuàng)新不止停留在想法層面，而是完成工程化實(shí)現(xiàn)，目前業(yè)界主要關(guān)注智能微系統(tǒng)工藝及激光直寫(xiě)共形制造工藝。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展，用戶(hù)對(duì)于傳感能力的要求越來(lái)越高，但傳感器硬件的開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，難以快速滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。因此，各傳感器廠商逐漸從單純圍繞硬件競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)入到圍繞“算法+硬件”競(jìng)爭(zhēng)的階段。感知新算法可用于提高傳感精度，或以原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)新的感知能力，主要包括腦電傳感算法和光纖傳感算法。在上述四類(lèi)技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)上，先進(jìn)感知將持續(xù)強(qiáng)化自身能力，向著微型化、集成化、無(wú)線化、智能化趨勢(shì)發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)高精度、大量程、小體積、抗干擾、易部署等優(yōu)質(zhì)特性。先進(jìn)感知新機(jī)理無(wú)源感知通感一體量子傳感先進(jìn)感知新技術(shù)及新應(yīng)用先進(jìn)感知新技術(shù)及新應(yīng)用先進(jìn)感知新機(jī)理在先進(jìn)感知新機(jī)理方面，無(wú)源感知、量子傳感和通感一體是其中典型代表技術(shù)，在低空經(jīng)濟(jì)、智慧城市、航空航天、智慧醫(yī)療和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有極大應(yīng)用價(jià)值。無(wú)源感知利用無(wú)源物聯(lián)免電源、易部署技術(shù)優(yōu)勢(shì)，極大的地降低特定場(chǎng)景的感知成本，拓展感知廣度；量子傳感通過(guò)量子效應(yīng)提高感知精度，具有非破壞性、實(shí)時(shí)性、高靈敏性、穩(wěn)定性和多功能等優(yōu)勢(shì)；通感一體通過(guò)將通信、感知和算力深度融合，提供更加泛在的定位感知服務(wù)。無(wú)源感知（1）無(wú)源感知新技術(shù)無(wú)源感知是一種不依賴(lài)傳統(tǒng)電源的傳感技術(shù)，通過(guò)解析無(wú)線信號(hào)的反射和散射，基于相位信息與傳輸距離和信號(hào)載波波長(zhǎng)的關(guān)系，推斷出目標(biāo)狀態(tài)變化，以實(shí)現(xiàn)周?chē)h(huán)境變化的細(xì)粒度感知[1]。無(wú)源感知技術(shù)按照部署方式分為綁定式感知和非綁定式感知，綁定式感知主要指無(wú)源標(biāo)簽綁定在感知目標(biāo)上，根據(jù)標(biāo)簽的感知信息來(lái)推感知目標(biāo)的位置變化、微狀態(tài)變化等信息。非綁定式感知不對(duì)感知目標(biāo)綁定任何標(biāo)簽等設(shè)備，利用感知目標(biāo)對(duì)標(biāo)簽信號(hào)的反射影響，構(gòu)建模型進(jìn)行感知，減小了設(shè)備部署開(kāi)銷(xiāo)。近年來(lái)，無(wú)源感知技術(shù)取得了顯著的進(jìn)展及成效：一是與AI技術(shù)結(jié)合。在無(wú)源感知技術(shù)中，無(wú)線信號(hào)“特征成像”和“智能推理”是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其中“智能推理”需要根據(jù)“特征成像”輸出的多維特征實(shí)現(xiàn)分類(lèi)、回歸等推理過(guò)程。傳統(tǒng)的建模推理方法由于泛化性的需求導(dǎo)致模型相對(duì)簡(jiǎn)03 圖2基于RFID的感知原理單，難以用“模型驅(qū)動(dòng)”的方式細(xì)致、有效地刻畫(huà)多維信號(hào)特征與最終輸出的分類(lèi)結(jié)果之間的非線性關(guān)系。結(jié)合AI技術(shù)后，基于深度學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等智能化手段實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的推理過(guò)程，通過(guò)大量標(biāo)記的感知數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精確、泛化、魯棒的泛在智能感知機(jī)制[2][3][4]。二是與新材料和新技術(shù)的結(jié)合。正交頻分復(fù)用（OFDM）、可見(jiàn)光通信（VLC）、氣敏材料等技術(shù)的應(yīng)用，為無(wú)源感知技術(shù)帶來(lái)了新的發(fā)展方向。其中，OFDM技術(shù)通過(guò)多載波傳輸特性，增強(qiáng)了RFID系統(tǒng)的傳感能力[5][6]，使得在不增加硬件成本的情況下，能夠并行收集多維度的傳感數(shù)據(jù)。VLC技術(shù)則利用照明設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[7]，為無(wú)源RFID標(biāo)簽提供了新的通信方式，實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光與RFID標(biāo)簽之間的創(chuàng)新通信。此外，氣敏材料等環(huán)境敏感材料與RFID標(biāo)簽的結(jié)合[8]，為環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一種低成本且高效的新方法。三是基于感知信噪比的粒度優(yōu)化。感知信噪比（SSNR）作為衡量系統(tǒng)性能的核心指標(biāo)，可引導(dǎo)技術(shù)優(yōu)化，提升目標(biāo)信號(hào)的識(shí)別精度并降低噪聲干擾[9]。此外，基于感知信噪比模型，無(wú)源感知技術(shù)將能夠拓展其應(yīng)用范疇，包括物體姿態(tài)追蹤、人體微動(dòng)作感知和生命體征監(jiān)測(cè)等，同時(shí)在感知精度上實(shí)現(xiàn)從分米級(jí)到厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的躍升。由于無(wú)源感知不帶電源的特性，其極易受到環(huán)境的干擾，導(dǎo)致感知精度降 04低，并且感知對(duì)象單一，難以全面刻畫(huà)感知目標(biāo)的狀態(tài)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)泛化魯棒的目標(biāo)感知。未來(lái)，為解決上述問(wèn)題，無(wú)源感知將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：一是利用多個(gè)標(biāo)簽構(gòu)成陣列來(lái)解決環(huán)境干擾問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)造多條信道保證感知的魯棒穩(wěn)定，消除環(huán)境因素的干擾；二是將無(wú)源感知與視覺(jué)等其他模態(tài)感知技術(shù)進(jìn)行融合感知，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提升感知魯棒性；三是提升單標(biāo)簽性能，通過(guò)在標(biāo)簽內(nèi)嵌入低功耗傳感設(shè)備或者部件，提升感知維度。（2）無(wú)源感知新場(chǎng)景無(wú)源感知技術(shù)廣泛應(yīng)用在智慧康養(yǎng)、智慧醫(yī)療、航空航天、智慧城市等場(chǎng)景中。針對(duì)智慧康養(yǎng)場(chǎng)景，無(wú)源感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)家庭場(chǎng)景下無(wú)感式的呼吸、心跳檢測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家庭成員的健康狀態(tài)，對(duì)異常情況及時(shí)告警。針對(duì)智慧醫(yī)療場(chǎng)景，無(wú)源感知實(shí)現(xiàn)輸液瓶液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，解決了人工記錄效率低、時(shí)效性差等痛點(diǎn)問(wèn)題，減少醫(yī)療事故的發(fā)生。針對(duì)航空航天場(chǎng)景，無(wú)源感知實(shí)現(xiàn)有效載荷運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提升載荷實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障處置效率。針對(duì)智慧城市場(chǎng)景，無(wú)源感知實(shí)現(xiàn)了地下管廊中人員的精準(zhǔn)定位，提升城市生命線智能化管理水平，減少安全事故發(fā)生。典型場(chǎng)景A：智慧康養(yǎng)——體征監(jiān)測(cè)傳統(tǒng)心跳和呼吸的監(jiān)測(cè)方法包括佩戴專(zhuān)門(mén)的可穿戴設(shè)備或者利用雷達(dá)、wi?等無(wú)線通感技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，存在可穿戴設(shè)備需要定期充電、無(wú)線信號(hào)無(wú)法區(qū)分多人身份等問(wèn)題。無(wú)源感知通過(guò)在胸前部署標(biāo)簽陣列濾除環(huán)境的噪聲，利用算法從信號(hào)中提取心跳和呼吸所對(duì)應(yīng)的信號(hào)，再?gòu)男盘?hào)中計(jì)算心率和呼吸頻率的具體值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)心跳和呼吸的無(wú)源感知。相較于可穿戴設(shè)備具有非侵入、非接觸、免充電的優(yōu)勢(shì)；相較于基于雷達(dá)、wi?的通感融合技術(shù)相比，可支持多人同時(shí)檢測(cè)心跳和呼吸的“可標(biāo)識(shí)”能力。05 圖4基于RFID的輸液滴速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)DropMonitor圖4基于RFID的輸液滴速監(jiān)測(cè)系統(tǒng)DropMonitor[10] 06本報(bào)告來(lái)源于三個(gè)皮匠報(bào)告站（）,由用戶(hù)Id:768394下載,文檔Id:181892,下載日期:2024-11-20圖3基于無(wú)源感知的呼吸、心跳監(jiān)測(cè)典型場(chǎng)景B：智慧醫(yī)療——滴速監(jiān)測(cè)輸液時(shí)滴速監(jiān)測(cè)精度要求高、人力開(kāi)銷(xiāo)大，基于無(wú)源感知技術(shù)，通過(guò)內(nèi)置無(wú)源標(biāo)簽的滴速檢測(cè)裝置，自動(dòng)、便捷實(shí)現(xiàn)滴速監(jiān)測(cè)。其中一個(gè)標(biāo)簽為感知標(biāo)簽，用于捕捉液滴滴落帶來(lái)的信號(hào)變化，而另一個(gè)為參考標(biāo)簽，用于感知外界環(huán)境的多徑干擾，基于信號(hào)差分的思想設(shè)計(jì)算法排除外界干擾、提取輸液液滴相關(guān)的信號(hào)，從而準(zhǔn)確地計(jì)算輸液滴速。典型場(chǎng)景C：航空航天——空間站運(yùn)維監(jiān)測(cè)空間站作為復(fù)雜的航天器系統(tǒng)，其運(yùn)行管理涉及環(huán)境控制、能源管理、生命保障、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等多個(gè)方面。我國(guó)空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙中部署有實(shí)驗(yàn)柜、供電柜、流體回路設(shè)備等大量?jī)x器設(shè)備，儀器狀態(tài)對(duì)于空間站平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。空間站對(duì)電池有嚴(yán)格的管理要求，對(duì)無(wú)源化有強(qiáng)烈需求?；跓o(wú)源感知技術(shù)的智能微系統(tǒng)設(shè)備，通過(guò)非侵入式安裝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種柜體有效載荷狀態(tài)、環(huán)境溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常能耗情況時(shí)，提前運(yùn)維預(yù)警，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)航空航天領(lǐng)域無(wú)源感知應(yīng)用空白。圖5空間站中無(wú)源感知部署方案典型場(chǎng)景D：智慧城市——地下管廊巡檢城市綜合地下管廊環(huán)境復(fù)雜、空間狹窄，巡檢人員存在缺氧、高溫、有害氣體泄露等潛在危險(xiǎn)，實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的人員定位有助于快速定位事故發(fā)生位置，及時(shí)開(kāi)展救援。利用無(wú)源感知技術(shù)，在管廊內(nèi)壁均勻部署無(wú)源感知標(biāo)簽，巡檢人員經(jīng)過(guò)標(biāo)簽影響無(wú)線信號(hào)衰減和多徑效應(yīng)，將接收端信號(hào)特征變化結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)、多參數(shù)融合等AI技術(shù)，構(gòu)建CSI信道分析模型，分析人員精準(zhǔn)的位置信息，實(shí)現(xiàn)<2米精度的人員定位。另外，在管廊內(nèi)需要進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)和能耗管理07 2.5m的點(diǎn)位布放無(wú)源無(wú)線智能感知終端，即放即用，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、能耗等感知數(shù)據(jù)的按需采集和自動(dòng)化上報(bào)，解決了傳統(tǒng)傳感器需插線供電，移動(dòng)性不足、或需內(nèi)置電池，人工替換成本高且繁瑣等問(wèn)題。2.5m4040°管理平臺(tái)工卡簽圖6無(wú)源無(wú)線人員定位方案通感一體（1）通感一體新技術(shù)隨著無(wú)線通信系統(tǒng)的不斷演進(jìn)，未來(lái)6G將不僅具備連接萬(wàn)物的通信能力，還將具有無(wú)所不在的感知能力，其核心通感一體(IntegratedSensingandCommunica-tions,通感一體)是一種通過(guò)共享頻譜和硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)通信和感知兩種功能的技術(shù)[11],既可以

圖7通感一體技術(shù)示意圖實(shí)現(xiàn)對(duì)于無(wú)設(shè)備的目標(biāo)檢測(cè)和追蹤，提供更加泛在的定位服務(wù)；又可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于環(huán)境的感知，為構(gòu)建數(shù)字世界提供海量數(shù)據(jù)支持。 08作為6G的關(guān)鍵技術(shù)，通感一體技術(shù)近年來(lái)在理論技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)方面取得階段性進(jìn)展：在理論技術(shù)方面，關(guān)于通感一體整體性能指標(biāo)的研究引發(fā)了越來(lái)越多的關(guān)注，傳統(tǒng)無(wú)線通信基于信息論，而傳統(tǒng)無(wú)線感知基于估計(jì)理論的指標(biāo)和極限，為了融合兩者，可以將通信指標(biāo)替換成等效MSE或感知指標(biāo)替換成信息估計(jì)速率，從而實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的融合。為解決替換后指標(biāo)可靠性降低的問(wèn)題，業(yè)界探索建立容量-失真函數(shù)，利用一定感知失真下的通信容量來(lái)表征通感一體系統(tǒng)的融合性能和理論極限。在應(yīng)用技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)已面向5G-A演進(jìn)對(duì)通感一體技術(shù)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和應(yīng)用示范。通感一體基站可以為低空經(jīng)濟(jì)提供有效的監(jiān)管手段，通過(guò)全天候，無(wú)死角，高精度和低成本的感知能力，實(shí)現(xiàn)基于通信網(wǎng)絡(luò)的無(wú)人機(jī)的檢測(cè)定位和黑飛監(jiān)控。此外，通感一體技術(shù)在陸地和水域的場(chǎng)景上也進(jìn)行了大量的測(cè)試驗(yàn)證，可實(shí)現(xiàn)人、車(chē)和無(wú)人機(jī)等地空多目標(biāo)同步精準(zhǔn)感知。盡管近年來(lái)通感一體技術(shù)持續(xù)取得進(jìn)展，但在組網(wǎng)干擾和分辨能力上仍面臨挑戰(zhàn)：在組網(wǎng)干擾上，在目前的小范圍組網(wǎng)測(cè)試中，由于基站感知工作態(tài)時(shí)的發(fā)射功率較高，低空探測(cè)時(shí)的仰角也較高，導(dǎo)致其對(duì)于周?chē)ㄐ呕镜母蓴_影響嚴(yán)重。此外，多基站協(xié)同感知時(shí)彼此干擾的消除也成為一大挑戰(zhàn)。在分辨能力上，基站受限于自身的孔徑大小，很難實(shí)現(xiàn)極高分辨率感知，導(dǎo)致目前感知應(yīng)用大多都屬于檢測(cè)定位類(lèi)。環(huán)境重構(gòu)類(lèi)的應(yīng)用需要極高的分辨率，需要研發(fā)如何利用多基站資源甚至運(yùn)動(dòng)的用戶(hù)終端來(lái)構(gòu)建協(xié)同感知模式，形成巨大的合成孔徑，實(shí)現(xiàn)高分辨率環(huán)境重構(gòu)。（2）通感一體新場(chǎng)景近幾年，3GPP、ITU等標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)通感一體應(yīng)用場(chǎng)景展開(kāi)了深入的研究并發(fā)布了相應(yīng)的研究成果[12][13][14]，將場(chǎng)景分為三類(lèi)：一是檢測(cè)、定位和跟蹤類(lèi)，以檢測(cè)目標(biāo)有無(wú)、感知目標(biāo)位置和速度為基本檢測(cè)特征，包括無(wú)人機(jī)、車(chē)輛、船只、行人及動(dòng)物等檢測(cè)跟蹤。二是動(dòng)作監(jiān)測(cè)，包括人體呼吸監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)09 （c）無(wú)人機(jī)飛行軌跡跟蹤 （d）無(wú)人機(jī)防碰撞圖8感知UAV四類(lèi)典型用例 （c）無(wú)人機(jī)飛行軌跡跟蹤 （d）無(wú)人機(jī)防碰撞圖8感知UAV四類(lèi)典型用例 10典型場(chǎng)景A：低空經(jīng)濟(jì)——無(wú)人機(jī)（UAV）檢測(cè)面向低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，利用信息通信基礎(chǔ)設(shè)施泛在特性，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行檢測(cè)管理，可有效提高監(jiān)管效能，具體方案包括：一是無(wú)人機(jī)入侵檢測(cè)，支撐機(jī)場(chǎng)、政府、研究所、軍事區(qū)域、高鐵站等敏感區(qū)域的高級(jí)別管控要求。二是無(wú)人機(jī)路徑管理，綜合感知無(wú)人機(jī)位置、高度、航向、速度等信息，若發(fā)現(xiàn)與原計(jì)劃飛行軌跡不符，則引導(dǎo)回歸正確航跡；構(gòu)建3D地圖或障礙信息，當(dāng)無(wú)人機(jī)接近障礙物（例如樓宇、山體），引導(dǎo)無(wú)人機(jī)調(diào)整飛行路線，避免碰撞；同一區(qū)域存在多個(gè)無(wú)人機(jī)時(shí)，根據(jù)各無(wú)人機(jī)的位置、高度、航向、速度等信息，預(yù)測(cè)其航跡，若預(yù)計(jì)無(wú)人機(jī)間將發(fā)生沖突，則給出沖突告警，此類(lèi)技術(shù)廣泛應(yīng)用于無(wú)人機(jī)物流快遞、電力巡檢、農(nóng)業(yè)植保、設(shè)備檢測(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)等。（a）無(wú)人機(jī)非法入侵檢測(cè) （b）無(wú)人機(jī)航線保護(hù)典型場(chǎng)景B：智能交通——車(chē)輛和行人檢測(cè)在智能交通場(chǎng)景中，隨著車(chē)輛智能化越來(lái)越高，需要車(chē)輛或網(wǎng)絡(luò)掌握更全面的信息以便輔助自動(dòng)駕駛。單車(chē)?yán)走_(dá)或攝像頭識(shí)別具有感知范圍受限、感知盲區(qū)大、感知實(shí)時(shí)誤判大等缺點(diǎn)。利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)廣域覆蓋、組網(wǎng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)車(chē)輛或行人進(jìn)行較大區(qū)域的連續(xù)感知識(shí)別，為自動(dòng)駕駛和交通管理提供輔助信息，包括車(chē)輛信息統(tǒng)計(jì)、行人穿高速公路檢測(cè)等。（a）車(chē)輛信息統(tǒng)計(jì)

圖9

（b）行人檢測(cè)防事故發(fā)生。防事故發(fā)生。圖1011 典型場(chǎng)景C：設(shè)施微形變監(jiān)測(cè)79[15]量子傳感（1）量子傳感新技術(shù)量子傳感是與量子通信、量子計(jì)算并列的三大量子力學(xué)技術(shù)之一，其利用量子力學(xué)原理中微觀粒子相干性、糾纏性、量子疊加等特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量的超高精度測(cè)量。不同于傳統(tǒng)傳感器，量子傳感器可以突破經(jīng)典測(cè)量的統(tǒng)計(jì)極限，通過(guò)對(duì)微觀粒子量子態(tài)演化過(guò)程的操控進(jìn)一步提高靈敏度，降低噪聲，從而在極小的物理變化中獲得可靠數(shù)據(jù)，提升測(cè)量精確度[16]。近年來(lái)，量子傳感在滿(mǎn)足高精度定位、計(jì)量和測(cè)量方面的需求中扮演了重要角色，例如水下或地下導(dǎo)航、非侵入式醫(yī)學(xué)成像、地質(zhì)勘探及基礎(chǔ)科學(xué)研究等[17][18]。當(dāng)前，量子傳感已是量子技術(shù)中發(fā)展成熟、應(yīng)用廣泛的方向之一。圖11分立性(分立能級(jí))、相干性(量子疊加態(tài)、糾纏態(tài))、隨機(jī)性(量子噪聲）[19]近年來(lái)，量子傳感技術(shù)在時(shí)間基準(zhǔn)、磁場(chǎng)感應(yīng)和重力探測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域取得了具體且明確的技術(shù)突破：一是量子原子鐘的發(fā)展。原子鐘在量子傳感的時(shí)間同步和高精度計(jì)時(shí)方面十分重要，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)利用原子之間的光頻共振，改進(jìn)了光頻梳和激光系統(tǒng)的穩(wěn)定性。光頻原子鐘的頻率不確定性接近10-18—10-20HZ[20]，這一精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的微波原子鐘，使其在導(dǎo)航、深空探測(cè)和基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中被廣泛應(yīng)用。例 12如，在GPS拒止環(huán)境下提供高精度導(dǎo)航定位信號(hào)服務(wù)，或是檢驗(yàn)廣義相對(duì)論和引力紅移現(xiàn)象時(shí)，這種高精度的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)為科學(xué)家提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。圖12微波原子鐘、光頻原子鐘及原子核鐘[21]我國(guó)是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重、受威脅人口最多的國(guó)家之一，同時(shí)擁有7萬(wàn)余座露天礦山、9萬(wàn)座各類(lèi)水庫(kù)、大量高鐵橋梁及超高層建筑，這些設(shè)施的安全監(jiān)測(cè)關(guān)系國(guó)計(jì)民生。通感一體技術(shù)為這些設(shè)施的檢測(cè)提供了一個(gè)潛在方案[15]，通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)設(shè)施的微小變化，觀測(cè)設(shè)施質(zhì)量、使用情況以及風(fēng)險(xiǎn)，保障設(shè)施安全，預(yù)防事故發(fā)生。二是原子磁力儀的技術(shù)進(jìn)展。原子磁力儀在近年來(lái)的技術(shù)改進(jìn)使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍顯著擴(kuò)大，基于冷原子和金剛石NV色心的傳感器能夠在常溫下進(jìn)行高精度的磁場(chǎng)檢測(cè)，避免了傳統(tǒng)磁力儀中對(duì)超導(dǎo)冷卻的依賴(lài)[22]。NV色心磁力儀可以在檢測(cè)腦磁圖（MEG）和心磁圖（MCG）時(shí)提供毫米量級(jí)的空間分辨率和毫秒量級(jí)的時(shí)間分辨率，使得它在神經(jīng)科學(xué)和心血管疾病的檢測(cè)中應(yīng)用廣泛，特別是對(duì)微弱生物磁場(chǎng)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為可能。三是量子重力傳感器的最新應(yīng)用。量子重力儀近年來(lái)在地質(zhì)勘探和資源監(jiān)測(cè)中表現(xiàn)出更高的靈敏度，基于冷原子干涉的重力傳感器可以檢測(cè)到極小的重力變化，并用于監(jiān)測(cè)地下資源和結(jié)構(gòu)的變化，已經(jīng)成功應(yīng)用于地下礦藏的探測(cè)、地震前兆的監(jiān)測(cè)等任務(wù)中。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)改善傳感器的噪聲抑制能力和測(cè)量精度，使得這些設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行更長(zhǎng)時(shí)間，并提供更加精確的重力變化數(shù)13 圖13[24] 圖13[24] 14失去量子效應(yīng)是技術(shù)進(jìn)一步成熟的關(guān)鍵；二是研發(fā)及生產(chǎn)成本等問(wèn)題限制了量（2）量子傳感新場(chǎng)景量子傳感技術(shù)近年來(lái)的進(jìn)步為多個(gè)實(shí)際場(chǎng)景帶來(lái)了變革性的應(yīng)用。這些新興應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋了從導(dǎo)航定位到環(huán)境監(jiān)測(cè)、再到生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，在提升數(shù)據(jù)精度、延長(zhǎng)傳感器運(yùn)行時(shí)間以及降低操作復(fù)雜性等方面已經(jīng)展示了獨(dú)特的價(jià)值。例如，量子慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可在無(wú)衛(wèi)星信號(hào)的情況下提供穩(wěn)定的導(dǎo)航服務(wù)；原理磁力儀、重力儀等在遙感探測(cè)、基礎(chǔ)物理研究中引入了全新的測(cè)繪手段；量子磁力儀則用于非侵入式醫(yī)學(xué)成像，提供了更高精度的生物磁信號(hào)檢測(cè)。典型場(chǎng)景A：導(dǎo)航與定位量子慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為GPS不可用或信號(hào)受到干擾的環(huán)境提供了可靠的解決方案，基于量子陀螺儀和量子加速度計(jì)，精確測(cè)量設(shè)備的旋轉(zhuǎn)和加速度變化，在無(wú)需依賴(lài)外部衛(wèi)星信號(hào)的情況下，提供連續(xù)、高精度的定位信息。與傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相比，量子系統(tǒng)能夠更長(zhǎng)時(shí)間維持精度，減少了由于漂移效應(yīng)帶來(lái)的誤差累積問(wèn)題[25]。無(wú)人機(jī)，潛艇和深海探測(cè)器也已經(jīng)開(kāi)始嘗試使用量子慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)水下復(fù)雜環(huán)境下的導(dǎo)航需求。由于該系統(tǒng)能夠抵抗外界干擾并在極端條件下運(yùn)行，它特別適合在GPS信號(hào)被屏蔽或干擾的環(huán)境中工作，例如戰(zhàn)時(shí)環(huán)境或偏遠(yuǎn)地區(qū)[26]。這種量子導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用為未來(lái)的無(wú)人駕駛、軍事作戰(zhàn)、海洋探索等提供了重要技術(shù)保障。典型場(chǎng)景B：遙感探測(cè)與基礎(chǔ)物理研究遙感探測(cè)是量子傳感技術(shù)的重點(diǎn)應(yīng)用方向之一，主要代表技術(shù)包括原子磁傳感器和原子重力儀，在地球磁場(chǎng)和重力場(chǎng)的高精度測(cè)繪、航空物探、磁異常和重力異常檢測(cè)中也發(fā)揮著重要作用。原子磁傳感器可以為本地和遠(yuǎn)程傳感和測(cè)繪提供高性能磁場(chǎng)測(cè)量能力，如激光導(dǎo)星技術(shù)[27]，即通過(guò)向大氣中發(fā)射激光來(lái)創(chuàng)建人造導(dǎo)星。量子傳感器在基礎(chǔ)物理研究中的應(yīng)用也愈發(fā)重要，例如基于原子鐘的時(shí)間同步系統(tǒng)還支持超長(zhǎng)基線干涉測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)如黑洞觀測(cè)等極限天文觀測(cè)能力。此外，量子傳感技術(shù)在諸多前沿物理探測(cè)領(lǐng)域，特別是在暗物質(zhì)、暗能量及其他基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中逐步嶄露頭角[28]。典型場(chǎng)景C：醫(yī)學(xué)診斷在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，量子傳感技術(shù)為非侵入式診斷和生物磁信號(hào)檢測(cè)帶來(lái)了革命性進(jìn)展?；贜V色心的量子磁力儀能夠在常溫下實(shí)現(xiàn)對(duì)心臟和大腦磁場(chǎng)的精確測(cè)量，為心磁圖和腦磁圖檢測(cè)提供了更高的時(shí)間和空間分辨率，甚至可達(dá)15 16單個(gè)分子級(jí)別[29]。與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備相比，量子磁力儀無(wú)需依賴(lài)超導(dǎo)磁體和冷卻設(shè)備，因此操作更加便捷，成本也得到了顯著降低 16先進(jìn)感知新材料柔性傳感觸覺(jué)傳感先進(jìn)感知新材料柔性傳感觸覺(jué)傳感圖14圖14近年來(lái)，柔性傳感技術(shù)取得多項(xiàng)重要進(jìn)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是新型材料與結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新[33][34][35]、 17先進(jìn)感知新材料柔性傳感（1）柔性傳感新技術(shù)隨著智能可穿戴設(shè)備、柔性電子技術(shù)發(fā)展，對(duì)傳感器柔韌性、適應(yīng)性和集成性提出更高要求，推動(dòng)柔性傳感技術(shù)快速發(fā)展。柔性傳感技術(shù)利用柔性材料和微納加工技術(shù)，制造能在受力、形變、溫度變化等刺激下產(chǎn)生可檢測(cè)電信號(hào)的傳感器。其工作原理基于材料的壓阻、電容、壓電等效應(yīng)[32]。相較于傳統(tǒng)剛性傳感器，柔性傳感器具有更好的柔韌性、可穿戴性、輕量化和適應(yīng)復(fù)雜表面的能力，易于集成和大規(guī)模生產(chǎn)。柔性傳感器在健康監(jiān)測(cè)、智能服裝、機(jī)器人、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，為智能化生活和工業(yè)自動(dòng)化提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。更為復(fù)雜的工作環(huán)境。微納加工技術(shù)的發(fā)展使得傳感器的尺寸和精度得柔性傳感器正向多功能集成方向發(fā)展，能夠同時(shí)柔性傳感器在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了柔性傳感器在極端環(huán)境下的穩(wěn)定性和耐用性得到軍事應(yīng)用等領(lǐng)域具有重要意義。柔性傳感技術(shù)面臨的難點(diǎn)主要包括提高傳感器的穩(wěn)定性、可靠性和耐久性，（2）柔性傳感新場(chǎng)景柔性傳感技術(shù)通過(guò)提供靈活、舒適的感知交互方式，增強(qiáng)了設(shè)備的功能性和適應(yīng)性，已廣泛應(yīng)用于健康監(jiān)測(cè)、智能穿戴、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。在醫(yī)療領(lǐng)域，它通過(guò)可穿戴設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生理參數(shù)，提高疾病預(yù)防和治療效率。在消費(fèi)電子市場(chǎng)，柔性傳感器使設(shè)備更貼合用戶(hù)，提升用戶(hù)體驗(yàn)。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，柔性傳感器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)污染物檢測(cè)，保護(hù)生態(tài)平衡。18 圖15圖15 19在慢性病管理中，柔性傳感技術(shù)通過(guò)健康監(jiān)測(cè)手環(huán)和生物兼容性的電子皮膚等柔性可穿戴設(shè)備，提供長(zhǎng)期的、不受限制的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)跟蹤患者的生理參數(shù)，如心率、血壓和血糖水平，實(shí)現(xiàn)連續(xù)的健康監(jiān)測(cè)，有效提高診斷準(zhǔn)確性，使得個(gè)性化治療成為可能，以脈搏波檢測(cè)為例[36]。柔性脈搏傳感器能夠長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心血管狀態(tài)，它將脈搏跳動(dòng)的壓力信號(hào)采集并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大和調(diào)理后，得到脈搏跳動(dòng)的完整波形。通過(guò)微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如微毛結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)與不規(guī)則表皮的有效接觸，最大化信號(hào)放大作用，從而提高信噪比。與傳統(tǒng)的脈搏監(jiān)測(cè)方法相比，柔性傳感器因其貼合性好、信號(hào)傳輸無(wú)線化等特點(diǎn)，在不影響人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下長(zhǎng)時(shí)間采集心電數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)護(hù)終端進(jìn)行分析處理，大大提高了監(jiān)測(cè)的便捷性和準(zhǔn)確性。此外，柔性傳感器的高靈敏度和快速響應(yīng)能力使其在監(jiān)測(cè)心率變異性（HRV）等細(xì)微生理變化方面展現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，這為個(gè)性化醫(yī)療和健康監(jiān)測(cè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，具有重要的臨床價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。典型場(chǎng)景B：智能穿戴領(lǐng)域柔性傳感技術(shù)極大地豐富了可穿戴設(shè)備的功能并提升了用戶(hù)體驗(yàn)。通過(guò)集[37]柔性傳感器的輕量化和定制化特點(diǎn)也使得智能穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)更加多樣化，能夠圖16柔性傳感技術(shù)在智能穿戴領(lǐng)域中的應(yīng)用典型場(chǎng)景C：環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域20 圖17[38] 21圖17[38] 21觸覺(jué)傳感（1）觸覺(jué)傳感新技術(shù)觸覺(jué)傳感技術(shù)是模擬人類(lèi)觸覺(jué)，基于壓阻、電容、壓電等效應(yīng)，將機(jī)械刺激轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，檢測(cè)接觸力、滑動(dòng)、溫度等物理量，使機(jī)器人能夠理解和響應(yīng)實(shí)體環(huán)境。觸覺(jué)傳感的優(yōu)勢(shì)在于高空間分辨率、多模式感知和豐富的觸覺(jué)信息，提供比傳統(tǒng)傳感器更精細(xì)的感知能力。觸覺(jué)傳感技術(shù)有效提高機(jī)器人的靈巧性，提升機(jī)器人與人類(lèi)互動(dòng)的安全性和有效性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療手術(shù)、工業(yè)裝配、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域。觸覺(jué)傳感技術(shù)近年來(lái)主要進(jìn)展包括以下幾個(gè)方面：（MEMS器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更加精細(xì)和復(fù)雜。目前觸覺(jué)傳感技術(shù)面臨的難點(diǎn)主要包括提高傳感器的空間分辨率和靈敏以下幾個(gè)方向：一是傳感器的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將更加精細(xì)化和多功能化，以實(shí)（2）觸覺(jué)傳感新場(chǎng)景觸覺(jué)傳感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療手術(shù)、服務(wù)機(jī)器人、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。在醫(yī)療領(lǐng)域中，觸覺(jué)傳感器輔助進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)，提高了手術(shù)的精確性和安全性。服務(wù)機(jī)器人通過(guò)觸覺(jué)反饋，提供更加人性化的交互體驗(yàn)。在消費(fèi)電子中，觸覺(jué)傳感技術(shù)增強(qiáng)了設(shè)備的用戶(hù)體驗(yàn)，如觸覺(jué)反饋游戲控制器。典型場(chǎng)景A：醫(yī)療領(lǐng)域——臨床手術(shù)輔助觸覺(jué)傳感技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)重要的變化，尤其是在手術(shù)和康復(fù)治22 圖18[39]圖18[39] 23已經(jīng)成功開(kāi)發(fā)了一種與手術(shù)期間的磁共振系統(tǒng)和成像系統(tǒng)兼容的觸覺(jué)傳提供類(lèi)似于直接接觸人體組織的感知能力，增強(qiáng)了手術(shù)過(guò)程中的交互性和可靠性，也解決了傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)中醫(yī)護(hù)人員可能暴露于放射線和整形外科危害的問(wèn)典型場(chǎng)景B：機(jī)器人——機(jī)器人靈巧手觸覺(jué)傳感技術(shù)在機(jī)器人靈巧手技術(shù)領(lǐng)域極大地提升了交互能力和任務(wù)執(zhí)行24 24 覺(jué)反饋技術(shù)被集成到智能手機(jī)和游戲控制器中，增強(qiáng)了用戶(hù)操作的沉浸感和真?zhèn)鞲屑夹g(shù)將在未來(lái)的電子產(chǎn)品中得到更廣泛的應(yīng)用，從而進(jìn)一步推動(dòng)消費(fèi)電子市場(chǎng)的創(chuàng)新和發(fā)展。圖19觸覺(jué)傳感在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用[40]先進(jìn)感知新工藝激光直寫(xiě)共形制造工藝智能微系統(tǒng)先進(jìn)感知新工藝激光直寫(xiě)共形制造工藝智能微系統(tǒng)先進(jìn)感知新工藝激光直寫(xiě)共形制造工藝（1）激光直寫(xiě)共形制造新技術(shù)隨著航空航天、醫(yī)療健康等領(lǐng)域?qū)鞲衅餍枨蟮亩鄻踊l(fā)展，傳統(tǒng)濺射工藝制造技術(shù)對(duì)新材質(zhì)襯底適應(yīng)能力不足、大面積制備與共形制備能力不足、設(shè)計(jì)驗(yàn)證周期長(zhǎng)等缺點(diǎn)逐漸顯露。尤其是空天高溫環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)、人體健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域使用的高溫環(huán)境可共形傳感器，大面積柔性傳感器陣列，傳統(tǒng)傳感器缺乏有效的解決途徑，亟需高適應(yīng)性、高可靠度、大面積、可共形的傳感器制造技術(shù)，適應(yīng)未來(lái)傳感器更高效費(fèi)比、更強(qiáng)襯底適應(yīng)性、更大制備區(qū)域的發(fā)展需求。激光直寫(xiě)共形制造技術(shù)利用光刻、光（熱）固化、光化學(xué)反應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電子材料的高效成形，能夠在粗糙、曲面襯底上快速地大面積制造敏感膜層，是開(kāi)發(fā)極端環(huán)境傳感器、曲面共形傳感器、特種柔性傳感器、生物傳感器的優(yōu)勢(shì)方法，在高速飛行器氣動(dòng)參數(shù)原位測(cè)量、葉片、舵翼曲面參數(shù)獲取、醫(yī)用可穿戴傳感、低成本結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方面具有廣闊應(yīng)用前景。近年來(lái)，激光直寫(xiě)共形制造技術(shù)取得新進(jìn)展涉及微機(jī)電、微能源、信息處理表面等領(lǐng)域。在3D打印領(lǐng)域，NanoDimension公司通過(guò)光（熱）聚酰亞胺與納米銀兩類(lèi)材料，采用256噴頭陣列化噴墨打印，大大提高了制備效率，分辨率可達(dá)35微米，其陣列化與集成化思想彌補(bǔ)了單頭直寫(xiě)效率不足的缺點(diǎn)，采用多層加工和柔性板技術(shù)彌補(bǔ)了共形加工能力缺失的不足。圖20NanoDimension展示的平面換能器、三維集成電路、WiFi熱點(diǎn)25 體的作用下噴射到襯底表面。等離子熱噴涂的理論溫度上限可達(dá)3000℃，該技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是可適應(yīng)材料庫(kù)充裕，產(chǎn)品可耐高溫，例如氧化鋁、氧化鋯、氧體的作用下噴射到襯底表面。等離子熱噴涂的理論溫度上限可達(dá)3000℃，該技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)是可適應(yīng)材料庫(kù)充裕，產(chǎn)品可耐高溫，例如氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿陶瓷和W、Pt、NiCr、Au、Ag、Cu等金屬，產(chǎn)品大多用于軍工、航天工業(yè)等。 26圖21Frauhofer直寫(xiě)制備小批量壓電傳感元件并將分立的元件集成在擴(kuò)音電路上圖22Frauhofer在類(lèi)鐵軌結(jié)構(gòu)上直寫(xiě)的開(kāi)發(fā)的SenseTrAIn集成傳感器系統(tǒng)在高溫環(huán)境特種測(cè)量領(lǐng)域，MesoScribe公司研制在渦輪葉片等結(jié)構(gòu)件表面制備溫度傳感器，采用等離子熱噴涂技術(shù)，將材料加熱至熔點(diǎn)并將其在高壓氣 圖23熱噴涂直寫(xiě)技術(shù)在曲面高溫合金表面沉積陶瓷后制備導(dǎo)線

圖24熱噴涂直寫(xiě)制備的共形熱電偶、熱電堆、應(yīng)變柵傳感器圖25直寫(xiě)耐高溫共形熱流傳感器（a/b）與應(yīng)變傳感器（c/d）圖25直寫(xiě)耐高溫共形熱流傳感器（a/b）與應(yīng)變傳感器（c/d）27 （2）激光直寫(xiě)共形制造新場(chǎng)景典型場(chǎng)景A：航空航天領(lǐng)域航空航天領(lǐng)域應(yīng)用了大量的曲面耐高溫部件，例如整流罩、頭錐、飛行翼、控[41][42]900℃典型場(chǎng)景B：醫(yī)療健康領(lǐng)域在醫(yī)療健康領(lǐng)域與仿生機(jī)器人領(lǐng)域，基于激光直寫(xiě)共形制造工藝制造的柔性襯底的可拉伸變形特性使其能適應(yīng)人體外表皮膚、衣物、仿生機(jī)械臂的柔性折疊或拉伸行為，同時(shí)具備溫度、壓力、剪切力、濕度、氣體、體液等多維感知能力[43][44]。激光直寫(xiě)通過(guò)激光化學(xué)法原位生成石墨烯或通過(guò)激光燒結(jié)原位固化金屬（Ag、Pt、Cu）或陶瓷（ZnO、

圖26激光直寫(xiě)多維信息融合傳感器SnO2、MoO2）基液相電子材料，實(shí)現(xiàn)多維信息傳感的能力，為實(shí)現(xiàn)觸覺(jué)/嗅覺(jué)等仿生傳感能力提供一種便捷的大面積制備技術(shù)。智能微系統(tǒng)（1）智能微系統(tǒng)新技術(shù)隨著物聯(lián)網(wǎng)、微電子等技術(shù)的飛速發(fā)展，終端設(shè)備正朝著微型化、高度集成、無(wú)源化及智能化方向不斷邁進(jìn)，智能微系統(tǒng)技術(shù)在此背景下蓬勃興起。智能微系統(tǒng)通過(guò)先進(jìn)封裝與加工工藝，將傳感器、處理器、通信組件及供能模塊等核心器件集成于微小物理空間內(nèi)，具備信息的獲取、處理、通訊、執(zhí)行以及能源供給等多種功能，顯著提升了系統(tǒng)的功能密度與效能[45]。智能微系統(tǒng)具備

圖27智能微系統(tǒng)典型架構(gòu)高集成度、低功耗、智能化的特點(diǎn)，在航空航天、工業(yè)制造、醫(yī)療健康、智慧城市等諸多應(yīng)用領(lǐng)域均展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用價(jià)值。 28近年來(lái)，智能微系統(tǒng)技術(shù)已取得了顯著的進(jìn)展和突破。//（SiP（WLPSV（die低了終端的成本和體積。二是傳感融合技術(shù)方面，MEMS得廣泛應(yīng)用。MCU（nW四是供能技術(shù)方面，智能微系統(tǒng)通過(guò)多源復(fù)合的能量收集、存儲(chǔ)與釋放機(jī)[46]。五是通信技術(shù)方面，智能微系統(tǒng)普遍采用高效的無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息通NB-IoTZigbeeLoRaRFIDRFID通過(guò)反向散射機(jī)制反射射頻信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，與智能微系統(tǒng)的低功耗需求高度契智能微系統(tǒng)領(lǐng)域近年來(lái)已取得了諸多技術(shù)突破，但目前仍處于技術(shù)發(fā)展的感器組成的模塊或整機(jī)將逐漸被高集成度的異質(zhì)異構(gòu)集成微系統(tǒng)所取代，智能技術(shù)的突破將極大地拓寬智能傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景。29 圖28圖28 30當(dāng)前，智能微系統(tǒng)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新與產(chǎn)品創(chuàng)新正處于蓬勃發(fā)展之中。在醫(yī)療健康、航空航天等多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域，智能微系統(tǒng)展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用價(jià)值。典型場(chǎng)景A：醫(yī)療健康領(lǐng)域——智能藥丸智能藥丸是一種利用了智能微系統(tǒng)技術(shù)、能夠進(jìn)入人體內(nèi)部進(jìn)行藥物傳輸、生理監(jiān)測(cè)或醫(yī)學(xué)檢查的智能微型裝置。在藥物釋放控制方面，智能藥丸集成微型傳感器、微處理器和微型泵等技術(shù)，根據(jù)體內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)變化（如pH值、溫度、壓力等）來(lái)觸發(fā)藥物的釋放，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)的精準(zhǔn)給藥，從而提高藥物的生物利用度和治療效果。在體內(nèi)成像方面，通過(guò)將智能藥丸集成微型成像設(shè)備，跟隨胃腸肌肉的運(yùn)動(dòng)而在體內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)成像和傳輸，有助于醫(yī)生對(duì)消化道疾病進(jìn)行更準(zhǔn)確的診斷。在生理監(jiān)測(cè)方面，通過(guò)智能微系統(tǒng)技術(shù)將超低功耗處理、無(wú)線傳輸技術(shù)與葡萄糖動(dòng)力燃料電池、電化學(xué)傳感相結(jié)合，形成具備能量收集、生物傳感和無(wú)線遙測(cè)功能的智能藥丸，幫助患者無(wú)痛、便捷地監(jiān)測(cè)胃腸道健康狀況。典型場(chǎng)景B：航空航天領(lǐng)域——微納衛(wèi)星微納衛(wèi)星通常是指質(zhì)量在1kg~100kg以?xún)?nèi)，具有實(shí)際使用功能的衛(wèi)星。微納衛(wèi)星對(duì)功能密度要求極高，這與智能微系統(tǒng)的特性相匹配，因此智能微系統(tǒng)技術(shù)在微納衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用正逐漸成為研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。相對(duì)傳統(tǒng)衛(wèi)星，微納衛(wèi)星具有尺寸小、重量輕、開(kāi)發(fā)周期短、研制成本低、技術(shù)更新快、靈活機(jī)動(dòng)性好、生存能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在地質(zhì)勘探、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)、交通運(yùn)輸、氣象服務(wù)、新技術(shù)試驗(yàn)、航天工程教育等方面應(yīng)用前景廣闊，也是各國(guó)航天裝備體系建設(shè)的重要方向之一[1]。我國(guó)率先開(kāi)展了微納航天器的技術(shù)創(chuàng)新與工程實(shí)踐，首次將三軸穩(wěn)定方式用于25kg以下的微小衛(wèi)星。成功研制并運(yùn)行了國(guó)內(nèi)第一顆納型衛(wèi)星NS-1衛(wèi)星，也是當(dāng)時(shí)世界上在軌飛行的最小“輪控三軸穩(wěn)定衛(wèi)星”。2015年研制并發(fā)射了NS-2（10公斤量級(jí)）MEMS技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，成功開(kāi)展了基于MEMS的空間微型化器組件試驗(yàn)研究。目前，如MEMS磁敏感器、MIMU慣性微系統(tǒng)、MEMS太陽(yáng)敏感器、納/皮型星敏感器等空間智能微系統(tǒng)，已用于微納衛(wèi)星的姿態(tài)控制和軌道測(cè)量，取得了良好的應(yīng)用效果。圖29微納衛(wèi)星應(yīng)用31 先進(jìn)感知新算法腦電傳感算法光纖傳感算法先進(jìn)感知新算法腦電傳感算法（1）腦電傳感算法新技術(shù)隨著醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)Υ竽X工作機(jī)制的深入研究，以及人們對(duì)腦機(jī)交互需求的日益增長(zhǎng)，腦電傳感算法成為獲取并解析大腦活動(dòng)的關(guān)鍵手段。腦電傳感算法獲取大腦神經(jīng)元活動(dòng)產(chǎn)生的微弱電位變化（即腦電信號(hào)），進(jìn)行特征提取和模式識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)體思維、情緒等腦內(nèi)活動(dòng)的解讀。腦電傳感算法時(shí)域分辨率及靈敏度高，能夠?qū)崟r(shí)記錄、解碼和分析大腦活動(dòng)，直觀可靠地反映大腦的狀態(tài)變化，在醫(yī)療、娛樂(lè)和教育等場(chǎng)景具有廣泛而深遠(yuǎn)的應(yīng)用價(jià)值。圖30腦電傳感算法基本原理近年來(lái)，腦電傳感算法取得了顯著進(jìn)展。一是算法精度不斷提高。研究者們引入共空間模式（CSP）、黎曼幾何和溯源分析等方法，有效提取腦電信號(hào)時(shí)域、頻域和空域特征，提高識(shí)別準(zhǔn)確性。此外，隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）和圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GCN）等前沿AI模型被融入腦電傳感算法之中，AI模型對(duì)腦電特征進(jìn)行自動(dòng)學(xué)習(xí)與深度挖掘，極大提升數(shù)據(jù)分析的度與效率。二是算法實(shí)時(shí)性不斷增強(qiáng)。研究者們?cè)O(shè)計(jì)了輕量級(jí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)EEGNet32 提升算法速度。LPEEGNet[47]進(jìn)一步優(yōu)化，減少了計(jì)算量和內(nèi)存訪問(wèn)操作，提高了吞吐量，降低了FPGA帶寬限制造成的性能損失。得益于高性能計(jì)算技術(shù)和優(yōu)化算法的不斷革新，腦電傳感算法能夠?qū)崿F(xiàn)近乎實(shí)時(shí)處理反饋，促進(jìn)了腦電傳感技術(shù)在緊急醫(yī)療監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。三是腦電與其他生理數(shù)據(jù)的多模態(tài)融合傳感。由于大腦神經(jīng)活動(dòng)的復(fù)雜性，單一模態(tài)生理數(shù)據(jù)所能揭示的信息相對(duì)有限。近年來(lái)，研究者們將腦電數(shù)據(jù)與其他生理數(shù)據(jù)相結(jié)合，如眼動(dòng)追蹤、面部表情、語(yǔ)音信號(hào)等，綜合分析大腦活動(dòng)狀態(tài)。盡管腦電傳感算法取得了顯著進(jìn)展，但仍面臨一些難點(diǎn)。一是腦電傳感算法的魯棒性有待提升。腦電信號(hào)處于微伏數(shù)量級(jí)，無(wú)論是電子設(shè)備的電磁干擾，還是人體自身產(chǎn)生的其他電信號(hào)，都可能導(dǎo)致腦電數(shù)據(jù)失真，從而降低腦電傳感算法的識(shí)別精度。二是腦電傳感算法的泛化性不足。每個(gè)人的大腦結(jié)構(gòu)都是獨(dú)一無(wú)二的，這種獨(dú)特性在腦電信號(hào)上得到了充分體現(xiàn)，不同個(gè)體的腦電信號(hào)在波形特征和信號(hào)強(qiáng)度上存在區(qū)別，對(duì)腦電傳感算法的泛化性提出了更高要求。三是腦電傳感算法的隱私性和安全性面臨挑戰(zhàn)。腦電信號(hào)作為人類(lèi)思維活動(dòng)的直接生理反映，承載著高度的私密性，如何防止腦電數(shù)據(jù)泄露或被惡意利用，成為了社會(huì)關(guān)注的問(wèn)題。雖然腦電傳感面臨上述困難，但其未來(lái)的發(fā)展依舊充滿(mǎn)潛力，通過(guò)更加智能和高效的AI算法，有望克服腦電信號(hào)的復(fù)雜性和個(gè)體差異性，對(duì)腦電信號(hào)進(jìn)行更加精準(zhǔn)和深入的解讀。同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)和相關(guān)法律法規(guī)的不斷完善，腦電信號(hào)的隱私保護(hù)也將得到更加堅(jiān)實(shí)的保障。（2）腦電傳感算法新場(chǎng)景腦電傳感算法在醫(yī)療、娛樂(lè)及教育等多個(gè)場(chǎng)景展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。醫(yī)療場(chǎng)景中，腦電傳感算法可以輔助疾病診斷與康復(fù)治療；娛樂(lè)場(chǎng)景中，腦電傳感算法可以實(shí)現(xiàn)腦控游戲角色，提供沉浸式體驗(yàn)；教育場(chǎng)景中，腦電傳感算法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。這些新場(chǎng)景的應(yīng)用不僅提高了工作 33效率和用戶(hù)體驗(yàn)，還推動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和發(fā)展。典型場(chǎng)景A：醫(yī)療領(lǐng)域——神經(jīng)疾病診斷與康復(fù)治療腦電傳感算法通過(guò)分析患者腦電波數(shù)據(jù)，識(shí)別出大腦活動(dòng)的異常模式。相比于傳統(tǒng)的醫(yī)療診斷方法，提供了更直接、更客觀的腦部狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段，不僅提高了診斷的效率，還為個(gè)性化治療方案提供了數(shù)據(jù)支持。隨著腦電傳感算法精度及實(shí)時(shí)性的提升，腦部疾病的診斷和

圖31高位截癱患者用“意念”吃油條治療更加精準(zhǔn)和可靠。例如，在癲癇的治療中，腦電傳感算法可以精準(zhǔn)定位病灶，為手術(shù)或藥物治療提供精確指導(dǎo)，減少不必要的藥物使用和手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。此外，腦電傳感算法還應(yīng)用于腦機(jī)接口（BCI）技術(shù)，通過(guò)解碼腦電信號(hào)識(shí)別患者的意圖，轉(zhuǎn)化為外部設(shè)備的控制指令，如機(jī)械臂、輪椅甚至電腦光標(biāo)等，幫助癱瘓患者重新獲得運(yùn)動(dòng)能力[48]，不僅極大地改善了癱瘓患者的生活質(zhì)量，也為神經(jīng)科學(xué)、康復(fù)醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究開(kāi)辟了新的方向。典型場(chǎng)景B：娛樂(lè)領(lǐng)域——腦控游戲腦電傳感算法通過(guò)捕捉和分析玩家的腦電信號(hào)，游戲系統(tǒng)能夠響應(yīng)玩家的意念，實(shí)現(xiàn)自然流暢的游戲控制，并根據(jù)玩家的情緒反應(yīng)調(diào)整游戲難度和劇情走向，創(chuàng)造個(gè)性化的游戲體驗(yàn)。腦電傳感算法精度及實(shí)時(shí)性的顯著提升，圖32具有腦電傳感功能的AR/VR頭顯Galea使游戲角色動(dòng)作能夠精確且迅速地響應(yīng)玩家的思維指令，有效解決原先游戲角色動(dòng)作與玩家思維不同步的問(wèn)題。在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）應(yīng)用中，腦電傳感算法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶(hù)的情緒反應(yīng)和注意力水平，動(dòng)態(tài)調(diào)整虛擬環(huán)境中的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)刺激，確保用戶(hù)能夠舒適地享受虛擬體驗(yàn)，避免疲勞和不適感。腦電傳感算法的應(yīng)用，不僅豐富了娛樂(lè)形式，也促進(jìn)了娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和升級(jí)。34 典型場(chǎng)景C：教育領(lǐng)域——教學(xué)效果評(píng)估腦電傳感算法監(jiān)測(cè)學(xué)生大腦活動(dòng)，評(píng)估學(xué)生的專(zhuān)注度和疲勞程度，幫助教師判斷學(xué)生能否跟上教學(xué)節(jié)奏，是否需要調(diào)整教學(xué)策略[49]。得益于腦電傳感算法精度及實(shí)時(shí)性的提升，教師能夠在課堂上實(shí)時(shí)獲圖33

得學(xué)生狀態(tài)反饋，從而有效增強(qiáng)課堂教學(xué)的效率與質(zhì)量。此外，通過(guò)腦電傳感算法對(duì)腦電信號(hào)的準(zhǔn)確分析，能夠識(shí)別學(xué)生的學(xué)習(xí)障礙，如閱讀障礙、數(shù)學(xué)焦慮等，為教師提供有針對(duì)性的干預(yù)建議。腦電傳感算法在教育場(chǎng)景的應(yīng)用，為學(xué)生提供了更加符合其學(xué)習(xí)特點(diǎn)的教育資源，促進(jìn)了教育的智能化和個(gè)性化發(fā)展。光纖傳感算法（1）光纖傳感新技術(shù)圖34

光纖傳感技術(shù)是利用光纖作為傳感介質(zhì)，通過(guò)探測(cè)光信號(hào)變化來(lái)檢測(cè)物理量的一種技術(shù)。該技術(shù)具有抗電磁干擾、高靈敏度、高可靠性、遠(yuǎn)傳輸距離和易組網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)，特別適用于極端條件下的參數(shù)測(cè)量和惡劣環(huán)境下的在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)，對(duì)光纖傳感算法的研究可以更好的實(shí)現(xiàn)高精度定位監(jiān)測(cè)以處理復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)[50]。 35近年來(lái)，光纖傳感技術(shù)取得了顯著的發(fā)展和進(jìn)步，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是傳感器類(lèi)型的多樣化。隨著布拉格光纖光柵（FBG）傳感器、長(zhǎng)周期光纖光柵（LPFG）傳感器和光纖布里淵傳感器等新型光纖傳感器的不斷開(kāi)發(fā)，光纖傳感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域得到了極大擴(kuò)展。二是傳感網(wǎng)絡(luò)的智能化。通過(guò)集成先進(jìn)的信號(hào)處理算法和人工智能技術(shù)，光纖傳感網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)更加智能化的數(shù)據(jù)采集、處理和分析，提高了監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。三是監(jiān)測(cè)距離和容量的增加。新一代光纖傳感網(wǎng)絡(luò)能夠承載更多傳感器，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)幾十甚至上百千米的大容量、長(zhǎng)距離監(jiān)測(cè)，滿(mǎn)足了高速鐵路、高速公路等大型基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)需求。四是多參數(shù)監(jiān)測(cè)能力的提升。光纖傳感技術(shù)已經(jīng)能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)多種物理量，如溫度、壓力、振動(dòng)和應(yīng)變等，為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了更為全面的解決方案。五是抗干擾性能的增強(qiáng)。新型光纖傳感器在設(shè)計(jì)上更加注重抗電磁干擾能力，使得光纖傳感系統(tǒng)在復(fù)雜的電磁環(huán)境中依然能夠穩(wěn)定工作。雖已取得顯著進(jìn)展，但光纖傳感技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)和難點(diǎn)。一是光纖傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性仍需提升，尤其是在惡劣環(huán)境下的應(yīng)用。二是光纖傳感系統(tǒng)的集成度和小型化仍待攻關(guān)，這涉及到傳感器的制造成本和部署便利性。三是光纖傳感數(shù)據(jù)的解調(diào)技術(shù)復(fù)雜，需要更先進(jìn)的信號(hào)處理算法來(lái)提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。在未來(lái)，光纖傳感技術(shù)將更加智能化和網(wǎng)絡(luò)化，通過(guò)采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)和分析。同時(shí)，隨著新材料和制造技術(shù)的進(jìn)步，光纖傳感器的性能將得到進(jìn)一步提升，成本也將降低。（2）光纖傳感新場(chǎng)景36 圖35圖35 37典型場(chǎng)景A：智慧交通光纖傳感技術(shù)在智慧交通領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了交通監(jiān)測(cè)和管理模式的變革。當(dāng)車(chē)輛、行人等目標(biāo)在光纖附近移動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的振動(dòng)使光纖產(chǎn)生形變，改變其物理性質(zhì)，從而可以通過(guò)后向散射光的變化在終端檢測(cè)并分析出振動(dòng)信號(hào)的強(qiáng)度，建立起目標(biāo)與時(shí)間的分布式信息。該技術(shù)能有效利用現(xiàn)有的道路側(cè)通信光纖，避免了額外的安裝和維護(hù)成本，從而實(shí)現(xiàn)了成本的顯著降低。同時(shí)，與智能分析算法結(jié)合，預(yù)測(cè)交通趨勢(shì)，優(yōu)化交通流量分配，減少擁堵，提高道路使用效率，預(yù)防和減少由路面損壞或結(jié)構(gòu)損傷引發(fā)的交通事故。在極端天氣條件下，光纖傳感器的抗干擾能力保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性，進(jìn)一步提升了交通安全。同時(shí)，這些數(shù)據(jù)也可以為城市規(guī)劃和交通政策制定提供科學(xué)依據(jù)，促進(jìn)城市交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。典型場(chǎng)景B：智慧管線管理光纖傳感技術(shù)通過(guò)分布式溫度傳感（DTS）和分布式聲音傳感（DAS）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)長(zhǎng)距離海底電纜埋深狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，連續(xù)在線測(cè)量整根電纜發(fā)出的聲音和應(yīng)力變化，以及外部的擾動(dòng)，為故障檢測(cè)和預(yù)防提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，極大地提高了管線的運(yùn)行安全性和管理效率。其高靈敏度和高分辨率的特性，使得對(duì)環(huán)境變化的探測(cè)更為精確，能夠快速響應(yīng)微小的環(huán)境波動(dòng)。此外，光纖傳感器的抗電磁干擾能力強(qiáng)，耐腐蝕，可以在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作，適用于多種環(huán)境監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。圖36光纖傳感技術(shù)在智慧管線領(lǐng)域的應(yīng)用典型場(chǎng)景C：環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域在災(zāi)害預(yù)警、污染源追蹤、生態(tài)保護(hù)等方面，光纖傳感技術(shù)展現(xiàn)出巨大的潛力和價(jià)值。在監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化過(guò)程時(shí)，水中溶解物質(zhì)的增加會(huì)導(dǎo)致水的折射率發(fā)生變化，通過(guò)光纖傳感技術(shù)能夠檢測(cè)到這些折射率的變化，因?yàn)楣庠诠饫w中的傳播速度和路徑會(huì)受到周?chē)橘|(zhì)折射率的影響，這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染并采取措施，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中，利用分布式光纖傳感技術(shù)（如分布式溫度傳感（DTS）和分布式聲波傳感（DAS）），可以監(jiān)測(cè)地殼的微小變動(dòng)和應(yīng)力變化，從而提供地震預(yù)警。通過(guò)分析光纖傳感器檢測(cè)到的地面振動(dòng)和溫度變化，可以識(shí)別地震活動(dòng)的前兆，提前發(fā)出預(yù)警。38 總結(jié)及展望總結(jié)及展望“萬(wàn)物智聯(lián)，感知為先”，隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展，感知作為底層數(shù)據(jù)來(lái)源及核心技術(shù)支撐，近年來(lái)實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展，通過(guò)對(duì)機(jī)理、材料、工藝和算法等四個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新，感知設(shè)備將實(shí)現(xiàn)更大范圍和更高精度的信息采集。在感知新機(jī)理方面，無(wú)源感知、通感一體和量子傳感基于感知機(jī)制創(chuàng)新，在城市基礎(chǔ)設(shè)施管理、低空經(jīng)濟(jì)、航空航天等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。在感知新材料方面，柔性傳感和觸覺(jué)傳感以新型柔性材料作為傳感器敏感材料，持續(xù)賦能機(jī)器人靈巧手等新業(yè)務(wù)場(chǎng)景。在感知新工藝方面，激光直寫(xiě)共形制造技術(shù)能夠在粗糙、曲面襯底上快速地大面積制造敏感膜層，是開(kāi)發(fā)極端環(huán)境傳感器、曲面共形傳感器、特種柔性傳感器、生物傳感器的優(yōu)勢(shì)方法；智能微系統(tǒng)以MEMS工藝為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)傳感器件小型化、集成化、低功耗和低成本。在感知新算法方面，光纖傳感和腦電傳感基于算法創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)感知能力拓展和性能提升。未來(lái)，先進(jìn)感知技術(shù)將向著“感-通-算-智”一體融合的方向持續(xù)發(fā)展，呈現(xiàn)出微型化、集成化、無(wú)線化、智能化演進(jìn)趨勢(shì)，滿(mǎn)足生活、生產(chǎn)和社會(huì)領(lǐng)域?qū)Ω兄芰Φ纳疃刃枨?。微型化使得同體積下傳感設(shè)備可以容納更多器件和能力，釋放更多空間，能夠部署在更復(fù)雜和微小的環(huán)境中。集成化支撐感知設(shè)備能力集成升級(jí)，便于獲取多元化感知數(shù)據(jù)，并從單一功能形態(tài)向具備傳感、通信、計(jì)算、存儲(chǔ)、執(zhí)行等多元化功能的智能終端發(fā)展。無(wú)線化有利于感知設(shè)備的柔性、快速部署，增強(qiáng)設(shè)備移動(dòng)性并減少線纜占用空間。智能化賦予感知設(shè)備端側(cè)自校準(zhǔn)、自喚醒、數(shù)據(jù)處理等智慧能力，實(shí)現(xiàn)端側(cè)智能，提升感知的精度、效率和穩(wěn)定性。白皮書(shū)面向先進(jìn)感知前沿技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，圍繞傳感前沿技術(shù)的新機(jī)理、新材料、新工藝和新算法，選取代表性技術(shù)，解讀技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，分析近年來(lái)重要進(jìn)展，梳理典型應(yīng)用場(chǎng)景。隨著萬(wàn)物智聯(lián)時(shí)代的逐步到來(lái)，感知作為底層數(shù)據(jù)來(lái)源及核心技術(shù)支撐，有望迎來(lái)爆發(fā)式技術(shù)突破及市場(chǎng)增長(zhǎng)，相關(guān)產(chǎn)業(yè)值得持續(xù)關(guān)注。 3940 40 縮略語(yǔ)列表編號(hào)縮略語(yǔ)英文全名中文解釋16GThesixthgenerationmobilecommunicationsystems第六代移動(dòng)通信系統(tǒng)23GPPThirdGenerationPartnershipProject第三代合作伙伴計(jì)劃3ITUInternationalTelecommunicationUnion國(guó)際電信聯(lián)盟4UAVUnmannedAerialVehicleDrones無(wú)人機(jī)5HRVHeartRateVariability心率變異性6MEMSMicro-Electro-MechanicalSystem微電子機(jī)械系統(tǒng)7FBGFiberBraggGrating布拉格光柵8CSPCommonSpatialPattern共空間模式9SIPSystemInPackage系統(tǒng)級(jí)封裝10WLPWaferLevelPackage晶圓級(jí)封裝11TSVThroughSiliconVia硅穿孔12MEMSMicro-Electro-MechanicalSystem微機(jī)電系統(tǒng)13RNNRecurrentNeuralNetwork循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)14CNNConvolutionalNeuralNetwork卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)15GCNGraphConvolutionalNetwork圖卷積網(wǎng)絡(luò)16EEGNetACompactConvolutionalNetworkforEEG-basedBrain-ComputerInterfaces基于腦電圖的腦機(jī)接口緊湊型卷積網(wǎng)絡(luò)17LPEEGNetLow-PowerEEGNet基于腦電圖的腦機(jī)接口緊湊型卷積網(wǎng)絡(luò)低功耗處理器18FPGAFieldProgrammableGateArray現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列19AIArti?cialIntelligence人工智能20BCIBrainComputerInterface腦機(jī)接口21VRVirtualReality虛擬現(xiàn)實(shí)22ARAugmentedReality增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)23LPFGLong-PeriodFiberGrating長(zhǎng)周期光纖光柵參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)Zhang,P.,Wang,W.,&Zhang,K.(2021).“PassiveWirelessSensing:FromRFIDtoEmergingApplications.”IEEECommunicationsSurveys&ZhangB,LiM,XieX,etal.Rc6d:Anr?dandcvfusionsystemforreal-time6dobjectposeestimation[C]//IEEEINFOCOM2022-IEEEConferenceonComputerCommunications.IEEE,2022:690-699.ZhangB,LiM,XieX,etal.Rc6d:Anr?dandcvfusionsystemforreal-time6dobjectposeestimation[C]//IEEEINFOCOM2022-IEEEConferenceonComputerCommunications.IEEE,2022:690-699.ChenY,J,ChenY,etal.RFSpy:EavesdroppingonOnlineConver-sationswithOut-of-VocabularyWordsbySensingMetalCoiltionofHeadsetsLeveragingRFID[C]//ProceedingsoftheAnnualInternationalConferenceonMobileSystems,andServices.2024:169-182.ZhaoC,LiZ,DingH,etal.Rf-wise:Pushingthelimitofr?d-basedsensing[C]//IEEEINFOCOM2022-IEEEConferenceonComputerCommunications.IEEE,2022:1779-1788.

LiJ,LiA,HanD,etal.Rcid:Fingerprintingpassiver?dtagsviabandbackscatter[C]//IEEEINFOCOM2022-IEEEConferenceonputerCommunications.IEEE,2022:700-709.WangG,HanL,ChangY,etal.Cross-technologyCommunicationbetweenVisibleLightandBattery-freeRFIDs[J].ProceedingsofACMonInteractive,Mobile,WearableandUbiquitous2023,7(3):1-20.WangG,HanL,ChangY,etal.Cross-technologyCommunicationbetweenVisibleLightandBattery-freeRFIDs[J].ProceedingsofACMonInteractive,Mobile,WearableandUbiquitous2023,7(3):1-20.WangC,XieL,ZhangK,etal.Spin-antenna:3Dmotiontrackingfortagarraylabeledobjectsviaspinningantenna[C]//IEEEINFOCOM2019-IEEEConferenceonComputerCommunications.IEEE,2019:Lin,LeiXie,ChuyuWang,Bu,andSangluLu."Dropmonitor:Millimeter-levelsensingforRFID-basedinfusionratemonitoring."ProceedingsoftheACMonInteractive,Mobile,WearableandUbiquitous5,no.2(2021):1-22. 41LiuF,CuiY,MasourosC,etal.Integratedsensingandcommunica-tions:dual-functionalwirelessnetworksfor6Gand[J].IEEEjournalonselectedareasincommunications,2022,40(6):1728-1767.5G-Advanced通感融合場(chǎng)景需求研究報(bào)告[R]，IMT2020（5G）2022.6G感知的需求和應(yīng)用場(chǎng)景研究[R]，IMT-2030（6G）推進(jìn)組，2023FeasibilityStudyonIntegratedSensingandCommunication[R]，3GPPTR22.837，2023.ISC(24)000104r2_Use_case_on_micro-deformation_sensing，DegenC，ReinhardF，CappellaroP.ReviewsofModernPhysics，2017，89：035002JadeMYetal.Position，Navigation，andTimingthe21stCentury：IntegratedSatelliteNavigation，Sensortems，andCivilApplications.JohnWiley&Sons，2021.p.1[18]Metal.Phys.Rev.Lett.，2019，123(23)：231107GUOHong，WUeng，LUOBin，Quantumsensing(Ⅰ):basicsapproaches，DOI：10.7693/wl20240402ThielkingJ，OkhapkinMV，GlowackiPetal.Nature，2018，556：321Bin，Quantumsensing(Ⅱ):basicsapproaches，DOI：10.7693/wl20240604DohertyMW，MansonNB，DelaneyPetal.PhysicsReports，2013，528：1Zetal.PhysicalReviewApplied，2024，21：064028GUOHong，WUeng，LUOBin，Quantumsensing(Ⅰ):basicsapproaches，DOI：10.7693/wl20240904LiW，WangJ.TheJournalofNavigation，2014，67：263/assets/gao-21-320sp.pdfZhangR，KlingerE，BustosFetal.Phys.Rev.Lett.，2021，127：173605SafronovaMS，BudkerD，DeMilleDetal.ReviewsofModernPhysics，2018，90：025008DuJetal.ReviewsofModernPhysics，2024，96：025001ZhangR，XiaoW，DingYetal.ScienceAdvances，2020，6：ea-ba879242 XiaoWSunCShenLetal.ScienceAdvances20239：eadg1746Kim,Min&Almuslem,Amani&Babatain,Wedyan&Bahabry,&Das,Uttam&El-Atab,Nazek&Hussain,Aftab&Kutbee,Arwa&Nassar,Joanna&Qaiser,Nadeem&Rojas,Jhonathan&Shaikh,Sohail&Sevilla,Galo&Hussain,Muhammad.(2024).BeyondFlexible:UnveilingtheNextEraofFlexibleElectronicSystems.vancedMaterials.10.1002/adma.202406424.GHANEI-MOTLAGHMasoud,ALIMohammad,HEYDARIfazl,etal.Anovelvoltammetricsensorforsensitivedetectionofmercury(II)ionsusingglassycarbonelectrodemodi?edgraphene-basedioni