传感器到处都是。它们在自动门、收银机、医生办公室和医院里。它们用于体内和体外。
传感器检测物质世界的各个方面——物质、能量、力量——类似于人或动物的感官。但传感器并没有将信息转化为神经脉冲，而是将其转化为电信号。这些信号可以在计算机上存储、处理或显示在屏幕上。它们可以是恒定或随时间变化的电流或电压。传感器可以回答许多重要的问题，例如汽车轮胎充气情况如何，飞机机翼是否结冰，空气中是否有一氧化碳，血液中有多少氧气。作为一名电气工程师，我一直使用传感器来监测生物和环境指标，如葡萄糖、心率和功能、温度和pH值。
在过去的几十年里，传感器已经从相对大型、笨重的仪器发展到体积小、价格便宜、易于携带、内置于手机等设备中、分散在环境中或放置在人身上或体内的设备。被感觉到的“东西”可以是你能想到的物理环境中的任何东西。它可以是光、温度、湿度、辐射、过氧化氢或铅等化学物质、葡萄糖或DNA等生化物质，也可以是无线电波。光传感器使用一种称为光电二极管的装置将光转换成电流。某些材料和分子与其他物质或粒子相互作用时会发光。例如，不可见辐射被称为闪烁体的材料吸收，产生可见光，然后由光传感器检测到。这就是X射线在当今医学成像中的应用。化学反应可以产生电流，电流可以用来制作一个传感器来检测一个或多个参与反应的化学物质。材料形状或振动的变化也会产生电流或电压，可用来感应压力或加速度。
例如，当测量一种强度的光与另一种强度的光时，一个好的传感器必须能够分辨出电压的差异。一个好的传感器还需要确保振动、温度变化和极端情况以及其他环境因素不会影响其输出。传感器输出的增加量必须与被感测物浓度的增加量相同。例如，如果我把葡萄糖浓度加倍，我的传感器输出总是加倍吗？最后，对于相同的输入，传感器输出必须反复给出相同的值，并且具有快速的响应时间。成本也是一个问题，因为如果一个传感器是昂贵的，只有少数人或公司可以使用它。如果一个传感器是低成本的，那么它可以提供给每个人。因此，传感器是能够检测物理环境的一个方面并将其转化为有用信息的任何东西。这些信息可以帮助你的日常生活更轻松，或者解决一些当今最紧迫的健康问题。
拉布拉姆说，传统的传感技术，比如数码相机和智能手机中的芯片，更适合于顺序处理。图像在一个二维传感器阵列中以设定的频率逐像素扫描。每个传感器都会产生一个振幅随其接收到的光的强度而变化的信号，这意味着静态图像将使传感器的输出电压或多或少保持恒定。相比之下，视网膜形态传感器在静态条件下保持相对安静。当它感觉到照明的变化时，它会记录一个短而尖锐的信号，然后迅速恢复到它的基线状态。这是由于一类被称为钙钛矿的半导体具有独特的光电特性，而钙钛矿作为下一代低成本太阳能电池材料已显示出巨大的前景。
在Labram的视网膜形态传感器中，钙钛矿被应用在厚度只有几百纳米的超薄层中，基本上起到电容器的作用，在光照下改变其电容。电容器在电场中储存能量。“我们测试它的方法是，基本上，我们把它放在黑暗中一秒钟，然后我们打开灯，把灯打开，”他说光一亮，你就会得到一个大的电压尖峰，然后电压很快衰减，即使光的强度是恒定的。这就是我们想要的。”尽管Labram的实验室目前一次只能测试一个传感器，但他的团队测量了许多设备，并开发了一个数值模型来复制它们的行为，从而得出了Labram认为理论与实验之间“很好的匹配”的结果。
这使得研究小组能够模拟一系列视黄型传感器来预测视黄型摄像机对输入刺激的反应。
2020-12-09
