小小传感器能否带ai驶入蓝海

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1、日前, 中国科学技术大学潘建伟教授及 其同事张军等, 在国际上首次实现1.25 GHz InGaAs/InP单光子探测器单片集成读出电 路。 该技术突破可使高速量子通信终端设备 中体积占比最大的探测器模块尺寸减小一个 数量级以上, 为未来研制小型化量子通信系 统奠定重要的器件基础。 相关成果论文日前 发表于光学领域权威期刊 光学快报 上。 单光子探测器是微弱光测量最灵敏的 仪器, 在量子信息、 激光雷达、 光纤传感、 生 物荧光探测等领域有广泛的应用需求。 在量 子通信系统中, 通信波段单光子探测器是其 中的核心器件, 其性能直接决定了通信距 离、 通信速率等关键参数。 2012年以前, 我国

2、所有的量子通信网 络中使用的该类型探测器工作频率均不超 过10 MHz, 严重制约了通信距离和通信速 率。 潘建伟团队通过发展正弦门控、 集成滤波、 后脉冲精确标定等一系列关键技术, 于 2012年在国际上首次研制出板级集成的 1.25 GHz InGaAs/InP单光子探测器, 将工作 频率提升了2个数量级以上, 同时探测器系 统体积降为2U标准机箱尺寸。 针对未来对小型化量子通信设备的迫 切需求, 潘建伟团队在前期研究基础上, 进 一步发展了新型微弱雪崩信号提取技术; 并 利用低温共烧陶瓷 (LTCC) 技术, 最终研制 出1.25 GHz单光子探测器的单片集成读出 电路芯片, 尺寸为15

3、毫米15毫米。 据了解, 下一步, 利用光电集成技术, 可 实现上述单片集成读出电路芯片与InGaAs/ InP雪崩二极管芯片和微型热电制冷器的混 合集成, 形成高速单光子探测器集成组件; 并与探测器系统附属电路相结合, 最终实现 一体化集成的微型高速单光子探测器模块。 吴长锋蚂蚁分泌信息素, 蛤蚌吐出肉舌, 蹬羚从震动 中预知危险从低等生物到高等生物,“传感” 无处不在。 “进化了千年的人眼, 只需要几个点的信息, 就能判断出这是不是个熟人。 ” 德国人工智能研究 中心科学总监菲利普斯鲁萨力克提到人类的这 个普通能力时, 觉得它很神秘。 作为人工智能科学 家, 他到现在还没能为古老的生物本能

4、找到一个 恰切的模型。 人工智能的 “传感” 要从哪里才能更靠近 “灵 性” 这种微妙的感觉? 近日, 苹果公司发表了一篇 新的人工智能论文, 将光学雷达传感器收集的原 始数据转化成3D测绘图, 引得传感获得的信息从 纯数据向三维立体迈进了一步。 尽管距离 “灵性” 还有相当的距离, 但这项研究仍能启发人们将注 意力聚焦于人机交互中信息获取和处理的一端。配备 “初脑” 传感器可以更智能“阿尔法狗” 的2个远亲最近也火了: 一个是互 联网大会上展示 “唇语识别” 的搜狗中文 “汪仔” , 另一个是在深圳实现了无人驾驶公交的 “阿尔法 巴” 。 前者打破定式思维, 将语义识别的传感器破 天荒地改成

5、了光学传感, 用图像捕捉的信息判断 语言进行沟通; 后者车身上扁圆形的传感器很是 抢眼,“阿尔法巴” 靠它感知道路、 躲避障碍。 人类获取信息,80%是通过眼睛; 在人工智能 捕获信息的过程中, 视觉传感器也占据着相当重 要的地位目前主要有雷达、 视频2种方式。 视 频相较于雷达来说, 是整体展现, 呈现情况不易受 干扰; 而雷达对周围环境进行3D建模, 会比一般 的照相摄像头包含更多深度信息。 “目前应用的障碍传感设备有微波雷达、 超声 波雷达等, 也有通过捕捉视频图像的方法。 ” 北京 智能车联产业创新中心技术人员毕超介绍,“传感 设备会安装在车辆侧, 也会安装在道路侧, 要求 无缝覆盖。

6、 就像手机和基站的关系, 确保信号通 畅。 ” 通畅是基础, 判断是关键。“汽车的速度要求 无人判断和操作在毫秒之间, 因此计算两车之间、 车路之间、 车人之间的碰撞可能性必须要快。 ” 毕 超说, 信息的获取、 传递、 计算、 反馈等过程, 需要 一气呵成。 具体地说, 刹车或报警前, 有许多计算雷 达获取到三维点数据、 识别障碍物、 进行障碍物前 后2频对比, 识别静态还是动态; 动态障碍物计算 出运动速度、 结合无人驾驶汽车自身位置信息, 计算出避障所需的最小安全距离, 再决定对策。 怎么才能更快一点? 业内尝试着将数据中心 “预处理” 的部分前移到传感器端。“我们进行了智 能传感器的尝

7、试。 ” 升哲科技高级工程师刘正中 说,“原来传感器具备收集信号的单一功能, 但是 信号需要在传感器端和处理终端来回传递, 这些 需要时间也需要能源。 如果传感器能提前过滤掉 一些不必要的信息, 过程会精简不少。 ” 也就是说, 之前的传感器是严格的手、 眼、 耳、 鼻等感觉器官, 现在的它们配备了小小的 “初脑” 。 “这对于视频类的传感器非常有效, 因为视频的数 据量太大了。 ” 刘正中说。 “照相机我们已经研究得很透了, 雷达还需要 继续研究。 我们也需要进一步探索, 什么样的传感 器才能感知到人类感到的这些微妙变化。 ” 菲利普 说。AI市场对于传感器的需求在快速变化, 亟待新 型传感

8、器的更新换代。新材料和量子技术让传感器突破极限同样心怀期待的, 还有美国国家工程学院院 士、 斯坦福大学教授鲍哲南。 她曾表示:“我们期待 新材料能带来颠覆性的技术。 目前把外界的信号 转变成电信号的载体是脆性的, 希望找到容易被 压缩、 可以拉伸的新材料。 我们还希望它有自愈 性, 可降解。 ” 有了新材料做基质, 将电子器件集成起来将 成为柔性电子和人工皮肤。 传感器 “硬朗” 的形象 将发生彻底改变, 不仅可以随意拉伸、 弯曲和旋 转, 在精确获取触感的同时, 甚至可以出汗。 资料显示, 中国科学院半导体研究所日前就 开发出一种超薄高像素柔性电子皮肤阵列。 通过 引入聚合物中空球纳米结构

9、, 传感器对环境压力 展现出了超高的灵敏度, 能探测到0.6Pa的低压。 “在不同环境下拉扯揉折之后, 仍能感受到外部压 力与温度的变化。 为了避免人体生理信号监测中, 体表温度变化对器件的影响, 科研人员还对传感 器进行了温度补偿, 进而提高器件在实际应用中 的检测精度。 ” 这项研究成果近期发表在 纳米能 源 上。 鲍哲南期待的变革与突破, 也从另一个维度 到来量子科技引入光学传感器的研究已经可 以达到应用级别。 “可以突破现有传感的速度与距离极限。 ” 麻省 理工学院进行过关于单光子成像的研究, 曾发表在 科学 杂志上。 相关研究人员介绍, 传统的光学三 维成像需要高强度光, 而量子科技

10、和三维成像的结合, 能够实现平均每个像素只需要1个光子, 比传 统的主动光成像方法的效率提高几个数量级。 量子技术对光学成像的精确度、 速度以及距 离的提高都是颠覆性的。 从理论上说, 无人驾驶汽 车、 甚至无人驾驶飞机可以实现了。 由于它探测灵 敏, 甚至可以给细胞内的细胞器装上传感, 感知细 胞活动。 如果说通讯互联的规模是以人为载体的百亿 量级, 物物互联是以物为载体的万亿量级, 那以细 胞为载体的互联则将拥有超出人想象的潜力规模。开拓市场的潜力需要产业释放尽管传感器在研究层面展现出引领AI产业驶 入蓝海的潜力, 但在产业界却不温不火。 有分析文章指出, 在人工智能硬件领域, 有芯 片和

11、传感器两个方向。 在芯片领域国内还有几家 数得出的企业, 而传感器几乎全部依赖进口。 “脑电波的测量仪器基本是进口产品, 传感器 的精度等性能比较稳定。 ” 中国标准化研究院研究 员张运红说。 东南大学相关学科实验室数据记载, 一个六维力传感器大概价格为10万元, 基本来自 进口。 相较于应用层面和系统层面, 这个起着支撑作 用的 “栋梁” 元件没能入得大多数投资者和产业者的 眼。“不会讲故事, 引不来投资。 ” 有分析这样调侃。 中国科学院软件研究所研究员戴国忠的观点 更加系统:“传感器是人机交互的重要组成部分, 人 机交互和人工智能是不同的着力方向。 ” 他对这2个 领域60年来的历史进行

12、了分析, 得出规律: 人工智 能热的时候, 人机交互的发展将处于低谷; 而人机 交互受关注时, 人工智能的热潮就会反落回去。 这样的此消彼长可以追溯到它们诞生时。“斯 坦福大学人工智能实验室主任约翰麦卡锡等人 提出人工智能时试图构建能复制人类行为的计算 机系统, 而麻省理工学院的心理学和人工智能专 家约瑟夫 利克莱德提出人机交互时, 则是希望机 器能够完成人类交给的任务。 ” 戴国忠说, 追求目 标趋同, 但是研究思路和方法完全不同。 尽管在实际的产业发展过程中, 二者是难分 彼此的; 但这种学术上的区分很大程度上更有助 于明确研究目标和方向, 引导产业均衡发展, 避免 “一哄而上”“一头热”

13、 。 传感器遇冷正引起业内观察者的关注, 希望 那些冷门但重要的AI必备区域, 不会成为产业发 展的短板, 而是能够推进AI实现整体进化。 张佳星042017年12月15日 星期五 http:/ 国际新闻热点小小传感器 能否带AI驶入蓝海据 悉尼先驱晨报 近日报道, 澳大利亚正计划大力发 展小行星采矿, 一方面是希望获取自然资源, 另一方面也是 为了从庞大的太空产业分得一块 “蛋糕” 。 但专家也表示, 小 行星采矿面临很多问题, 除了技术上的, 还包括相关法律法 规的制定等。成立小行星采矿研究团队澳大利亚国立大学天体物理学家布拉德 塔克加入了 一个国家研究团队, 正为未来的小行星采矿作业开发

14、一个 模型。 塔克认为, 最可行的办法是开采 “本地” 小行星将 一颗近地小行星推进到地球、 月球和太阳的引力范围内, 可 以让其漂浮在地球上空。 澳大利亚拥有丰富的采矿经验, 而且该国即将成立自 己的太空机构国家航天局。 塔克表示, 这可能是澳大利 亚在太空领域贴上自己 “标签” 的绝佳机会。 他说:“澳大利 亚的小行星采矿项目于今年8月启动, 如果成功, 人类将获 得取之不尽用之不竭的资源。 这可能改变全球的格局以及采矿方式, 我们距离这一目标并不太遥远。 ” 研究小组认为, 澳大利亚可能采取的方式包括朝附近 的小行星发送太空飞船, 或者让小行星降落在地球上。 塔克 博士说:“这并非遥不可

15、及, 我们正在设计飞行模型, 有望在 2025年左右研发出来。 ” 采矿项目团队由澳大利亚国立大学、 南澳大学、 阿德莱 德大学和西悉尼大学的60位学者组成。 他们的专业涵盖太 空工程、 天体物理、 经济和法律学等, 以应对小行星采矿业 务带来的无数挑战。 目前, 团队正在寻找一家澳大利亚矿业 公司开展合作。 自20世纪90年代后期以来, 澳大利亚航空业迅速增 长, 政府宣布成立航天局的目的, 正是为了从全球4200亿 美元产值的太空产业中分一大杯羹。太空采矿是门大生意为获得自然资源, 开采小行星的想法由来已久。1903 年, 俄罗斯著名火箭科学家康斯坦丁齐奥尔科夫斯基将 “探索小行星” 列为

16、征服太空的14个方面之一。 小行星富含 不同的自然资源, 一些富含有机物质, 可以涵养水分; 另一 些则富含各种金属。 塔克博士说, 他们的首要目标将是一颗大约45公里 宽的小行星, 这类小行星可能含有约50万吨贵金属。 他说: “你可以从一颗小行星获得供地球使用300年的铂金, 这将 彻底改变铂金市场。 ” 除了稀有金属, 水资源也是小行星采矿公司的主要目 标。 氧气和氢气可用来制造火箭燃料, 因此水将成为未来航 天工业的重要资源。 科廷大学矿业学院教授菲尔 布兰德说:“太空中任何 形式的水源都是非常重要的资源, 有一种 原始小行星 富 含有机物, 很多有机物的含水量高达5%10%。 如果有机 会获得此类物质, 就可以自己制造燃料和大气。 ” 布兰德和塔克都是美国国家航空航天局 (NASA) 下属 科学团队成员, 他们去年9月向一颗名为 “贝努”(Bennu) 的小行星发射了 “源光谱释义资源安全风化层辨认探测器” (Osiris-Rex) 。 探测器将于明年到达该小行星,

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