物体には触覚、味覚、嗅覚もあります。センサー技術はどのように進化しているのでしょうか?

最近、国際的に有名な学術誌「ネイチャー」がウェアラブルセンサーの最新の科学研究結果を報告しました。このウェアラブル センサーは、電源がオフのときは半透明で、電源がオンのときは入射する赤外線を視認できるため、装着者は人間の目には見えない赤外線を検出できます。この技術は、医師が手術中に病変組織を視覚化するのに役立ちます。

では、センサーとは何でしょうか?簡単に言えば、センサーとは、物体とその環境の変化を監視し、監視した情報をコンピューターなどの他の電子機器に送信してさらに処理するデバイスです。わかりやすくするために、身体の五感と脳を例えに使います。目は色とりどりの世界を見ることができ、耳は美しい音楽を聞き、鼻は花の香りを嗅ぎ、口はおいしい食べ物を味わうことができます。目、耳、鼻などの五感で集めた情報を脳に伝えることで、私たちは人生の美しさを体感できるのです。ここでは、私たちの目と耳はセンサーに相当し、私たちの脳はコンピューターのプロセッサに相当します。

センサーは日常生活で広く使われており、例えば、タッチすることで明るさを調整できるデスクランプ、音声で制御できる廊下の照明、温度、圧力、流量を測定するさまざまなデバイスなどがあります。センサーの存在と発達により、物体は触覚、味覚、嗅覚などの感覚を持つようになり、徐々に生き生きとしてきました。

化学センサーは、化学物質を監視および感知するために設計された特殊なセンサーの一種です。これらは通常、ガスまたは液体内の特定の化学成分を監視し、化学信号を電流信号または電圧信号に変換するために使用されます。つまり、化学センサーは化学物質の濃度や組成などのさまざまな特性を監視し、それを電気信号に変換することができます。

現実の世界では、嗅覚の限界により、人々は一酸化炭素を識別できず、知らないうちに中毒に陥ります。化学センサーの出現により、人間の感覚の限界が打ち破られました。一酸化炭素に敏感な半導体を使用して化学センサーを作成すると、室内の一酸化炭素含有量を迅速かつ便利に監視して中毒を防ぐことができます。

理想的な化学センサーには、高い感度、優れた選択性、長期安定性、高速応答が必要です。化学センサーは外部環境の影響を受けるため、その性能パラメータと指標は可能な限り最適化する必要があります。

化学センサーの機能実現には、認識と変換という 2 つの主なステップが含まれます。認識ステップでは、測定対象物がセンサー認識要素と選択的に相互作用し、その結果、物理パラメータが変化します。この変化はセンサーを介してフィードバックされ、出力信号が生成されます。化学センサーの製造に使用される材料には、半導体材料、セラミック材料、温度感受性材料、発光材料などがあります。これらは、臨床医学、工業プロセス、環境モニタリングなど、科学研究、化学産業、さまざまな試験機関で広く使用されています。化学センサーの発達は社会の進歩を促進し、私たちの生活の中で科学技術の発展を実感できるようにしました。

非侵襲性のウェアラブル化学センサーは、個人の健康モニタリングや医療診断の分野で大きな注目を集めています。従来の診断方法と比較して、これらのセンサーは非侵襲的、リアルタイム、継続的な監視と分析を提供します。ウェアラブル化学センサーのデザインには、タトゥー、衣服、アクセサリーなどがあります。非侵襲性のウェアラブル化学センサーの開発が成功すれば、人々が個人の健康を管理し、潜在的な病気を予防し、最終的には生活の質を向上させるのに効果的に役立ちます。

科学技術の急速な発展に伴い、化学センサー技術は徐々に注目を集めるようになりました。現代のセンサー技術の開発動向は、多機能、高精度、統合、インテリジェンス、小型化、ワイヤレスネットワークを実現するために、新しい材料、新しいプロセス、新しいセンサーを開発することです。将来、化学センサーは環境保護と監視、病気の予防と治療、人々の生活の質の向上に広く使用されるようになるでしょう。

（第一著者は西北師範大学の教授および博士課程の指導者であり、第二著者は西北師範大学の修士課程の学生である）