兼具成本與微型化,全新近紅外線感測器成為製程控制與精準農業利器

作者 | 發布日期 2022 年 01 月 21 日 8:45 | 分類 AI 人工智慧 , 晶片 , 零組件 Telegram share ! follow us in feedly


荷蘭安荷芬科技大學(Eindhoven University of Technology,TU/e)研究團隊日前開發出全新微型化並可嵌入至未來智慧型手機中的近紅外線(NIR)感測器,研究人員可方便地藉此分析牛奶及塑膠的化學成份,並可應用於工業製程監控及農業等領域。該團隊已將此一突破性研究論文發表至《自然通訊》期刊上。 

講到感測器,人類眼睛就是一對既神奇又非凡的先進自然光感測器。人眼透過三種能將可見光轉換成不同顏色訊號的感光視錐細胞(Photoreceptor Cone Cell),提供關於我們周遭世界的重要資訊。當我們大腦將這些訊號拼湊在一起時,會根據我們自身的經驗來預測這些訊號的含義。

在生物界人眼並非最先進的自然光感測器,擁有 16 種不同細胞的螳螂蝦眼睛才是,其對紫外光、可見光及近紅外線光都很敏感。如今測量紅外光譜已經成為工業及農業領域最感興趣的應用,但其中存在一個主要問題,亦即目前近紅外光譜儀又笨重又昂貴。對於這個問題,安荷芬科技大學研究團隊透過能安置在小型晶片上的近紅外線感測器來解決。

就像螳螂蝦眼睛一樣,該團隊開發出的解決方案也具備 16 顆不同的感測器。但要同時實現感測器的微型化,並保持成本低廉會是很大的挑戰。對此,該團隊特別設計出全新的晶圓級製程,由於該製程能同時製造許多感測器所以能滿足低成本需求,而且所製造出的晶片體積夠小,能嵌入到未來智慧型手機中。

該團隊經過多年研究,如今成功將光譜感測器整合到晶片上,並同時處理另一個關鍵問題,亦即資料的有效使用。如今最常見的做法是,當感測器測量到光時,所產生的訊號會被用來重建受測物的光譜,接著再以感測演算法來分析資料。該團隊如今所採的新方法則不需要重建光譜,而逕將感測器所產生訊號發送至分析演算法上,如此將大大簡化元件的設計需求。

在實際應用上,除了透過感測器進行不同類型塑膠的分類而有助於垃圾分類作業的優化之外,該研究團隊並使用感測器來測量包括牛奶在內等許多原料的營養特性。在預測牛奶脂肪含量上,其感測器提供了與傳統光譜儀不相上下的精準度。上述測量作業很重要,除了可以決定受測物的經濟價值外,還可用來監控母牛的整體健康狀況。除此之外,該團隊認為其感測器還可應用於個性化健康照護、精準農業、製程控制及實驗室晶片(Lab-on-Chip)測試等領域。

(首圖來源:TU/e