“傳感器”這個話題在行業有著永恒的熱度，常談常新。隨著各個領域在數智化的道路上愈行愈遠，傳統傳感器逐漸不能滿足它們的需求。于是傳感器也被冠以“智能”之名，獲得強勁發展驅動力，并被認為在多領域發揮著至關重要的作用。市場研究機構TMR 的《2031 年智能傳感器市場展望》中預測，2021-2031年全球智能傳感器市場的復合增長率將高達18.2%。并且基于物聯網設備使用量的增加，2031年智能傳感器市場將超過2080億美元。 ? 智能傳感器是一種具備感知、計算和通信能力的設備，能夠實時地感知環境中的物理量或事件，并將其轉化為可用于分析、控制或通信的數字信號。區別于傳統傳感器技術那樣通過追求傳感器本身的完善、對傳感器的各個環節進行精心設計與調試，而是通過與微處理器/微計算機相結合來實現的。其發展方向也將由單一監測、單一功能對象向多功能、多變量檢測融合的方向發展，由信號轉換的被動形式向主動信息處理方式發展，由單獨的元器件向網絡化、系統化方向發展。 ?

? 人工智能加持，傳感器邊緣化新趨勢

憑借能夠采集環境中的數據，并通過內置的處理器進行分析和處理的優勢，智能傳感器越來越多被應用于邊緣決策。這一趨勢別諸多傳感器廠商作為該賽道的新切入點，例如Bosch Sensortec，其推出的BHI260AP自學習運動傳感器就是一款將人工智能添加至便攜式設備的傳感器，其獨特的自學習和個性化功能，使用戶能夠通過定制化健身活動輕松訓練設備。??

繼BHI260AP之后，Bosch Sensortec又推出了性能進階的自學習傳感器BHI380，這是一款基于IMU的可編程傳感器系統，結合了陀螺儀和加速度計，可實現完全自定義。在助力個性化運動訓練方面，BHI380和BHI260AP一脈相承。BHI380包含了適用于各種健身追蹤功能的自學習人工智能軟件，讓訓練與追蹤輕而易舉，并可實現個性化健身。同時，專門的游泳追蹤軟件可以檢測游泳風格，切實幫助用戶提高游泳能力。此外，BHI380具有良好的性能/功耗比，同時體積小巧，非常適合可穿戴設備。

另一邊，意法半導體也在MEMS傳感器中嵌入了可編程內核，成功滿足了各類市場需求。在這之中發揮重要作用的，是ISPU——智能傳感器處理單元。

ISPU以專有數字信號處理為基礎，C語言編程，在超低功率硬件電路中采用CMOS技術，可實現實時混合精度AI運算。這種簡化的指令集處理器允許量化的AI傳感器支持全精度到一位精度的神經網絡，從慣性數據中獲得充分的活動識別和異常檢測精度。 ?

圖源丨ST

意法半導體開發的一款商業產品ISM330IS就裝配了ISPU，令處理復雜情況的工業應用程序進入到一個全新的維度。例如，在24小時控制的情況下，系統可能需要快速響應，但由于能量通過電池提供，因此功率預算相對緊張，此時就需要借助ISM330IS的力量。ISM330IS可實現復雜的異常檢測算法，對受到電源和空間限制的工業設備進行狀態監測（如機器臂和一般設備的改造）。 ? ? 除了傳統的傳感器廠商之外，商湯、曠視等AI公司也在探索AI傳感器。商湯智能產業研究院發布《AI傳感器：智能手機影像新核心》白皮書。該白皮書提到，在智能手機市場緩慢步入瓶頸期的趨勢下，影像功能成為產業破局焦點，而AI軟件與CMOS圖像傳感器硬件的融合，將是智能手機影像能力持續提升的破題之道。

過去幾年，AI算法讓手機的影像能力得到了不小的提升。但在這種方案中，圖像傳感和AI算法的運行，在不同的硬件上完成，圖像傳感器提供圖像信號，處理器或者AI加速芯片執行AI算法。這會造成能耗資源的浪費，并且難以處理一些需要及時響應的場景。

白皮書指出，融入了AI技術的CMOS圖像傳感器，可以很好地發揮原始光信號的價值。

在設備獲取視覺信號的伊始，AI傳感器就可以進行優化和處理，增強真實世界感知、提高圖像和視頻的質量、豐富內容細節，同時大限度地降低了設備功耗，并增強了數據安全性。 ? ?

從單一到融合，傳統感知短板這樣補齊

就算是在AI的加持下，單一的傳感器信息顯然無法滿足產品的需要，畢竟AI的“養料”到底還是數據。這就需要為目標產品安裝更多的傳感器，通過獲取多個傳感器的信息源來解決問題。

多傳感器信息融合技術就是借助特定準則的引導，利用現代計算機技術進行觀測和分析多傳感器數據，然后對信息進行排序并整合互補信息，從而對目標作出準確預估。背后的直觀判斷是，我們采集的信息越多，我們對世界的理解就越深入。該技術模擬了人類大腦獲取、理解、分析和處理感知信息的整套流程。它利用多個傳感器的信息，從不同的角度彌補計算機感知完整性的不足，代表了一種良好的信息處理能力和預判水平。

尤其是在自動駕駛領域。舉個例子，CMOS 攝像頭在雨霧環境下就會“失明”，強光和弱光環境它也不能處理。現在的雷達技術在分辨率上也有些不合格，可以說每種傳感器都有自己的軟肋。而與光學傳感器相比，雷達明顯分辨率較差，不過它在測距功能和惡劣天氣下明顯更勝一籌。雖然光學傳感器在惡劣天氣下能力受限，但它依然能識別色彩（交通燈和路標），而且在分辨率上依然有優勢。

目前，包括索尼、 Mobileye和Waymo在內的公司目前正專注于物聯網傳感器技術創新，將攝像頭與LiDAR和雷達等其他傳感技術相結合，以改善其自動駕駛解決方案的圖像分析。由于攝像頭、雷達和激光雷達感知環境的不同特征，這種組合背后的想法是為系統提供更豐富的真實世界模型，以決定行動方案或計算輸出。總體而言，自動駕駛汽車中的傳感器協同工作，提供車輛周圍環境的完整圖像，使其能夠做出安全有效的駕駛決策。

高性能低功耗，智能傳感的必由之路

功耗也一直是傳感器老生常談的話題。隨著越來越多的傳感器使用可再生能源為自己供電，如太陽能或風能，從而消除了更換電池或其他電源的需要。這一創新提高了物聯網設備的可靠性和壽命，特別是那些部署在偏遠或無法到達的地方的設備，這些設備需要能自我供電，有助于減少整個系統設置對環境的影響，所以低功耗現如今傳感器的必然發展路徑。

同時，低功耗傳感器通常意味著設備的散熱需求較低，這意味著可以減小設備的尺寸和重量。此外，減少功耗還可以降低傳感器系統的整體成本，因為低功耗設計通常意味著組件可以更小、更經濟有效。另一方面，高功耗會導致設備產生過熱問題，這可能會降低系統的穩定性并導致故障。通過低功耗設計，可以減少設備的熱量產生，提高系統的可靠性和穩定性。

例如在雷達傳感器領域，60GHz 和 77GHz 雷達傳感器取代了 24GHz 雷達傳感器，具有更高的分辨率、更高的精度和更小的外形尺寸。60GHz 和 77GHz 雷達頻段還支持了多種新的應用，例如車輛中的兒童存在檢測和醫院中的老年人跌倒檢測。但高性能 60GHz 和 77GHz 片上系統傳感器以前在功耗預算緊張的應用中會受到限制。

對此，德州儀器推出了IWRL6432 和 AWRL6432 等新型雷達傳感器因采用低功耗架構使得功耗更低，可以支持在工業、個人電子產品和汽車應用中使用雷達。低功耗雷達內置休眠模式和提供有效的運行占空比，能夠讓傳感系統檢測到運動，并智能地決定采取行動的時機，其功耗預算在 5mW 以內。這些特點能夠讓高性能雷達傳感應用于電池供電的應用和線路功率有限的應用，而這在以前是無法實現的。

另一邊在環境監測方面，矽遞科技推出的SenseCAP LoRaWAN S2101溫濕度傳感器采用內部電池供電，可以在沒有外部電源的情況下在建筑物內運行。由于采用了低功耗設計，其電池供電可以保障設備運行5到10年。該設備通過LoRaWAN技術連接，這使它能夠使用小功率進行遠距離無線傳輸數據。這使得它非常適合在各種室內室外環境中使用，如辦公室、倉庫或工廠及戶外。 ?

結 語

智能傳感作為物聯網時代泛在感知的重要基礎，在為傳統行業注入新鮮血液的同時，也帶領了傳感器產業潮流。放眼國際，持續迭代的傳感器技術勢必將助力涌現更多的應用場景，物聯網感知層不久便會迎來新一輪的供需兩端熱。

編輯：黃飛

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