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- 納米傳感器：決勝智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān)鍵
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/8/17
傳感器技術(shù)是當(dāng)今世界迅猛發(fā)展的高新技術(shù)之一，與通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)共同構(gòu)成信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱。隨著人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，尤其是材料技術(shù)、生物技術(shù)、納米制造技術(shù)、人工智能技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展與跨界融合，各類(lèi)納米傳感器應(yīng)運(yùn)而生，極大豐富了傳感器的理論，拓寬了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。納米傳感器代表了人類(lèi)掌控微觀世界的一種前沿技術(shù)，并成為溝通物理、化學(xué)、生物和材料科學(xué)之間的催化劑、粘合劑和效能倍增器。隨著納米傳感器的廣泛應(yīng)用，預(yù)示著智能化社會(huì)和智能化戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)代的來(lái)臨，推動(dòng)著人類(lèi)社會(huì)生活和軍事領(lǐng)域的深刻變革，成為決勝智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的關(guān)鍵。
直達(dá)微觀世界的探測(cè)儀和分析師
納米是一個(gè)長(zhǎng)度單位，1納米是1米的10億分之一，相當(dāng)于一根頭發(fā)直徑的8萬(wàn)分之一。納米科技是指在0.1~100納米尺度上研究物質(zhì)的特性、相互作用以及利用這種特性開(kāi)發(fā)相關(guān)產(chǎn)品的一門(mén)科學(xué)技術(shù)。
那么，什么樣的傳感器可以被稱為納米傳感器呢？從理論上講，傳感器大小或靈敏度達(dá)到納米級(jí)，或者傳感器與待檢測(cè)物質(zhì)或物體之間的相互作用距離是納米級(jí)的，都可以稱為納米傳感器。
20世紀(jì)90年代尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，微電子技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、納米材料技術(shù)、納米制造技術(shù)、生物技術(shù)等高新技術(shù)不斷交叉融合、相互促進(jìn)，納米線、納米帶、納米纖維、納米顆粒、納米薄膜、納米探針、碳納米管等制備工藝不斷提高，推動(dòng)了許多新型的納米物理傳感器、納米化學(xué)傳感器和納米生物傳感器不斷問(wèn)世，使人類(lèi)社會(huì)大步邁進(jìn)智能化傳感器時(shí)代。
納米傳感器根據(jù)工作原理的不同可以分為納米物理傳感器、納米化學(xué)傳感器和納米生物傳感器三大類(lèi)。納米物理傳感器主要探測(cè)物質(zhì)或物體力學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)等方面的各種變化數(shù)值；納米化學(xué)傳感器是指用于測(cè)量氣體或液體類(lèi)化學(xué)物質(zhì)的濃度或成分的傳感器；納米生物傳感器則是用來(lái)檢測(cè)生物的某個(gè)過(guò)程，如抗體/抗原之間的相互作用、DNA之間的相互作用、酶的相互作用以及細(xì)胞之間的通信過(guò)程等，它對(duì)于探測(cè)物質(zhì)的生物活性意義重大，比如傳染病致病的細(xì)菌、炭疽等有毒生化物質(zhì)。
從上述分類(lèi)可以看出，納米傳感器的涵蓋范圍十分寬廣，用途也非常廣泛，為人們了解分析納米尺度上的微觀世界和更為靈敏地探測(cè)感知宏觀世界提供了重要的多樣化手段，因此，它堪稱直達(dá)微觀世界的探測(cè)儀和分析師。
集靈敏、智能等優(yōu)異性能于一身
與傳統(tǒng)的傳感器相比，納米傳感器由于可以在原子和分子尺度上進(jìn)行操作，充分利用了納米材料的反應(yīng)活性、拉曼光譜效應(yīng)、催化效率、導(dǎo)電性、強(qiáng)度、硬度、韌性、超強(qiáng)可塑性和超順磁性等特有性質(zhì)，因而具有許多顯著特點(diǎn)：
靈敏度高。用于探測(cè)有毒氣體的碳納米管傳感器，利用納米晶或多孔納米材料可以增加與毒性氣體分子接觸的表面積，其靈敏度可以增加幾倍。若利用氧化錫、氧化銻、氧化鋅的納米顆粒做成傳感器，靈敏度也將大為提高。近來(lái)中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究人員運(yùn)用碳納米管與納米薄膜技術(shù)，研制出具有高靈敏度、高穩(wěn)定性的柔性可穿戴仿生觸覺(jué)傳感器——人造仿生電子皮膚，可對(duì)人體不同生理狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)和疾病前期診斷。
功耗小。隨著微機(jī)電技術(shù)和微納材料技術(shù)的發(fā)展，使得納米傳感器向著超微型化、智能化方向迅速發(fā)展，納米級(jí)機(jī)器人傳感器已經(jīng)可以通過(guò)血液注入的方式進(jìn)入人體，對(duì)人體的生理參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并有望對(duì)于癌變細(xì)胞、致病基因進(jìn)行靶向精確治療。與傳統(tǒng)傳感器相比，納米傳感器還可具有自供電能力、從環(huán)境中收集光輻射和電磁輻射能量的能力。
成本低。隨著納米材料制備技術(shù)的成熟，制造過(guò)程的可重復(fù)性和批量化生產(chǎn)已不存在太大的問(wèn)題，納米傳感器的制造成本亦可以大大降低。低成本、小微型化節(jié)點(diǎn)的納米傳感器進(jìn)行大量布撒，可以形成無(wú)線納米傳感器網(wǎng)絡(luò)，這一優(yōu)勢(shì)可以使納米傳感器的探測(cè)能力大大擴(kuò)展，為氣候監(jiān)測(cè)與環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化。
多功能集成。傳統(tǒng)的傳感器一般為具有單一功能的傳感器，納米傳感器則可以將成千上萬(wàn)的具有不同功能的納米傳感器組成的陣列加工在一個(gè)小微型化芯片上，使其具有多功能探測(cè)與分析能力，并具有越來(lái)越強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)與分析的能力，若與互聯(lián)網(wǎng)相連接，還將具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析處理的能力。其“傻瓜化”特征使其操作十分簡(jiǎn)便。
納米傳感器的這些特點(diǎn)將使其在構(gòu)建各類(lèi)物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)程中擁有可觀的發(fā)展前景和巨大的應(yīng)用潛力，納米傳感器技術(shù)也有望成為推動(dòng)世界范圍內(nèi)新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)革命和軍事革命的“顛覆性”技術(shù)。
決勝智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的重要支撐
隨著納米科技的迅猛發(fā)展，納米傳感器目前已廣泛應(yīng)用在航空航天、軍事工程、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人技術(shù)、海洋探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域。有專家認(rèn)為“誰(shuí)征服了納米傳感器，誰(shuí)就幾乎征服了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)”。特別是在軍事領(lǐng)域，納米傳感器的應(yīng)用將深刻改變未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的面貌，成為決勝智能化戰(zhàn)爭(zhēng)的重要支撐。
強(qiáng)大的戰(zhàn)場(chǎng)感知能力。納米傳感器在軍事上的廣泛應(yīng)用，可以極大促進(jìn)陸上、空中、水面、水下、太空等作戰(zhàn)平臺(tái)之間的信息融合，生成完整、精確、實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)圖，極大提升針對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、武器裝備狀態(tài)的更加精確的感知能力，還可以對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)人員的生理狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，最大限度地實(shí)現(xiàn)宏觀戰(zhàn)場(chǎng)和微觀戰(zhàn)場(chǎng)的完全透明。
精準(zhǔn)的指揮控制決策能力。現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的指揮決策依賴準(zhǔn)確的信息情報(bào)，納米傳感器不僅具有高靈敏度的探測(cè)感知能力，而且內(nèi)置的微型處理器可以及時(shí)分析處理獲取的信息，若再與大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)相結(jié)合，將為指揮控制決策提供不同層次不同領(lǐng)域的信息支撐，通過(guò)信息優(yōu)勢(shì)贏取決策優(yōu)勢(shì)，搶占作戰(zhàn)行動(dòng)的先機(jī)。目前外軍重視開(kāi)發(fā)戰(zhàn)場(chǎng)云計(jì)算系統(tǒng)，就是要充分利用各類(lèi)新型傳感器的信息獲取能力。
敏捷的精確打擊能力。未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)，無(wú)人機(jī)、無(wú)人車(chē)、無(wú)人艇等無(wú)人化作戰(zhàn)平臺(tái)將越來(lái)越多地走上戰(zhàn)爭(zhēng)前臺(tái)，納米傳感器的大量應(yīng)用，將使無(wú)人化作戰(zhàn)平臺(tái)的偵察、打擊能力更加敏捷化、智能化。如納米傳感器用于精確打擊導(dǎo)彈的引信，可以顯著提高導(dǎo)彈的命中精度，運(yùn)用微納米傳感器研制的微型慣導(dǎo)器件，可以具有不依賴衛(wèi)星的精確的導(dǎo)航定位與授時(shí)能力，將有效提高現(xiàn)有武器裝備的戰(zhàn)場(chǎng)突防、戰(zhàn)場(chǎng)生存和水下作戰(zhàn)能力。
智能化的保障能力。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，軍事裝備設(shè)施也將越來(lái)越多地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化智能化監(jiān)測(cè)管理。納米傳感器的應(yīng)用將使軍事物聯(lián)網(wǎng)擁有強(qiáng)大的感知監(jiān)測(cè)能力，可大幅提高軍事裝備、設(shè)施的全資產(chǎn)可視化水平，對(duì)武器裝備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷和維修管理。此外，嵌在軍服或數(shù)字化士兵系統(tǒng)中的納米生化傳感器可以監(jiān)視士兵的心率、血壓、體溫等生理特征，以及辨識(shí)體表受傷流血部位，并使該部位軍服膨脹或收縮，起到止血帶的作用。
不斷拓展人的認(rèn)知能力。戰(zhàn)斗力是人、武器以及人與武器的結(jié)合，拓展人的認(rèn)知能力成為戰(zhàn)斗力提升的有效途徑。近年來(lái)，外軍通過(guò)研發(fā)嵌入納米傳感器的生物信息芯片、納米機(jī)器人和腦機(jī)接口裝置，可以有效提高人的記憶力、反應(yīng)能力和視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)靈敏度，提升作戰(zhàn)人員的戰(zhàn)場(chǎng)感知和快速處置能力。
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