还记得80年代人们随身携带的砖头大小的笨重的米色手机吗?这就是今天的环境传感器提醒我们的威尔·哈伯德的。威尔是ChemiSense该公司是环境传感器领域的新参与者，正在研发一种更智能、更时尚、更便宜的空气质量传感器。而且绝对不是米色的。
这一切都始于加州大学伯克利分校(UC Berkeley)的一门工业工程课。当时，一个名叫威尔(Will)的创业专业本科生和一个名叫布莱恩(Brian)的化学工程专业研究生碰巧坐在一起。两人开始交谈，不久布莱恩在加州理工学院做的关于新的化学存在检测技术的研究激发了他的想法。这个想法变成了化学感。
威尔和布莱恩对改变环境传感器的世界感到兴奋，他们在课程结束前创建了这家公司，并在森尼维尔使用了著名的即插即用加速器。虽然还处于种子期，但它们已经受到了严肃的行业客户的青睐。
在本期重点报道节目中，威尔将与我们分享重新设计已经存在了几十年的制造过程的喜悦和挑战，并为整个行业提高标准。
解构、定义区分
“从更大的角度来看，”威尔说，“我们对整个环境传感平台充满热情;在阻碍很多进步和创新的多种因素中改善环境感知。”
认识到一个有潜力的成熟市场是一回事，而建立一家成功的公司则完全是另一回事，而且这也重新定义了一个成熟的行业。与任何突破性的新产品一样，威尔和布莱恩必须确定他们的传感器与根深蒂固的竞争对手之间的区别。
“我们觉得我们可以在性能和价格方面做得更好，并推出新的环境传感浪潮。所以，这就是我们的起点。”
威尔解释说:“对我们来说，环境感知似乎停留在过去50年。”“如今市场上的传感器是复杂的、物理上的大型机器。它们只能检测到一种或两种元素或化学物质，比如一氧化碳或二氧化氮，你必须手写所有的测量数据来记录它们。它们本身不能检测元素——你需要微燃烧和各种科学技巧来获得可行的读数。此外，还有极高的价格点:空气质量传感器的价格在3000美元以上。我们觉得我们可以做得更好，在性能和价格方面可以做得更好几个数量级，并推出一波新的环境传感技术。所以，这就是我们的起点。”
推动范围的局限性
Brian和Will研究的传统空气质量传感的第一个限制是检测范围，即传感器能够检测的元素范围。ChemiSense传感器可以收集有关空气质量的三个方面的信息:舒适和与健康有关的因素，如气压、温度和湿度;室内及室外化学污染物;以及根据微米大小分为两类的颗粒物。
你知道，所有我们看不见或闻不到的东西，但当我们对它们做出反应时，肯定能知道:花粉、灰尘、皮屑和所有其他过敏原。
“我们可以清楚地看到哪些区域对你的健康有益，哪些区域适中，哪些区域对你的健康有害。”
然后是可见的——在一些国家是有形的——污染，如烟雾、煤烟和烟雾。而最严重的罪魁祸首是苯和甲醛(什么?真的吗?是的，真的。)直到多年以后，当它们在你体内积聚时，你才能闻到、看到或做出反应，因为它们足够小，可以通过你的肺进入你的组织。
所有这些现在都是化学感的领地。
一个真正灵敏的传感器
ChemiSense团队解决的第二个限制是探测灵敏度。威尔解释说:“我们不仅可以捕捉人们通常寻找的超出图表的水平，还可以捕捉所有自然发生的空气质量波动，因为……嗯，这是空气。”
举个例子:布莱恩和威尔最近在旧金山湾区进行了一次小型公路旅行，他们的车安装了三个传感器。他们在开车时记录了空气质量的测量数据，并绘制了一幅热图。
威尔说:“我们可以清楚地看到哪些区域对你的健康有益，哪些区域对你的健康有害。”“在实时和特定的地点。比如敦巴顿大桥，那里的东西闻起来很臭。令我们惊讶的是，整个帕洛阿尔托地区比旧金山糟糕得多。当我们经过SFO机场时，我们的传感器报告说空气质量下降了。”
“空气质量中有很多不同的因素，而我们的设备可以检测到所有这些因素。”
威尔和布莱恩将他们的热图与联邦政府的空气质量报告进行了对比，后者称整个湾区都是绿色的(也就是说，一切都很好)。翻译吗?化学感应传感器更加灵敏，提供更多可操作的数据。威尔说，有了实时热图、历史趋势和羽流分析，“我们可以为人们和社区提供一个他们可以使用的解决方案。”例如，如果你想出去慢跑或在上下班途中摇下车窗，你会知道该走哪条路。这是我们的长期愿景。”
热图测试非常有说服力，以至于哈佛医学院(Harvard Medical School)现在正与ChemiSense合作，对大波士顿地区进行空气q测绘。
规模很重要，但恰恰相反
接下来,大小。“气相色谱传感器只有一张桌子那么大，而传统的空气质量传感器就像80年代的手机，”Will说。“谁想带着它到处跑?”
尽管如此，该公司的设备并不比成年人的手掌小。可穿戴设备风靡一时，人们不禁要问，为什么像ChemiSense这样新兴的颠覆行业的公司会放弃可穿戴设备，转而专注于固定传感器。
威尔分享说，该团队实际上开始专注于一种可以嵌入织物或其他材料的便携式传感器。“寻找硬件合并到一个可穿戴传感器无疑是对我们长期关注,”他说,但解释说,当他们在迭代的过程中原型了较小,可穿戴设备,许多公司接洽ChemiSense说:“嘿,我们不想等待。我们希望将你们现在拥有的设备嵌入到我们的产品中。”
“作为一家全新的公司，用我们现有的设备在市场上站稳脚跟，这真的很有意义。”
是什么让这些公司觉得这些中间原型如此吸引人?见上图:检测范围。“空气质量中有很多不同的因素，”威尔说，“我们的设备可以检测到所有的因素，而且仍然比传统传感器小得多。”
对于那些需要处理从员工健康、监管要求到逸出排放和早期泄漏检测等各种事务的公司来说，全范围空气质量传感器是梦想成真。
更不用说ChemiSense制造的传感器耗电量也非常低——它们的耗电量不到1毫瓦。
机会敲门
当大客户来敲门时，你不会把门关上。值得称道的是，威尔和布赖恩没有用“完成后再来”的字条把这些公司拒之门外，而是意识到了眼前的机会，并立即转向充分利用它。
威尔说:“作为一家全新的公司，我们用现有的设备在市场上建立立足点，并尽快为这些客户把它们变成可行的产品，这真的很有意义，因为它们的需求如此之高。”
客户现在要求一次购买500到1500台设备，这就需要可靠且持续的扩展。
“这就是为什么拥有合适的工具是非常有价值的，我指的是像Fictiv这样的公司，甚至是你自己的3D打印机，”Will说。“我们已经从Fictiv开发的原型中看到了许多很棒的结果。我们3D打印了我们的外部外壳，因为我们需要持续的空气流过传感器，以及我们使用的内部选择性渗透膜的外壳。我们可以依靠制造和设计合作伙伴快速、持续地生产原型，这对业务至关重要。”
忘记的位置。拉布拉多，拉布拉多，拉布拉多。
生产物理产品自然需要物理设施，但并非所有的实验室都是一样的。威尔和布莱恩很幸运能成为加州大学更广泛的系统的一部分，该系统提供了大量的资源，如QB3网络，在整个湾区的大学里的一系列私人实验室。对于专注于技术的ChemiSense公司来说，QB3从一开始就在他们的雷达上。
“我们想创造一种空气质量传感器，不仅工作得非常好，而且人们实际上负担得起。”
“你必须申请进入实验室，”Will说，“但一旦你被接受，你将保持完全的IP所有权，并分享许多资源，如通风柜和剖面仪。通风柜听起来真的很简单，但它是关键，绝对关键，如果你不想被你的设备应该接收的所有有毒气体所陶醉。”
至于轮廓仪，它们是“非常昂贵的”机器，可以告诉你每个聚合物共混膜有多少原子厚。“这对于优化传感器的性能非常重要，”Will说。
多重角色设计
从苹果公司到斯坦福大学的设计学院，设计无处不在。它影响着我们的思考方式，我们创造产品的方式，以及我们与社会的联系方式。为什么只有衣服、鞋子和汽车才是时尚和性感的?为什么环境传感器不可以呢?
威尔说:“我们想要创造一种空气质量传感器，它不仅工作得非常好，而且人们可以负担得起，享受与之互动，并从舒适和健康方面受益。”
从设计的角度来说，这意味着将设备从内到外彻底改造。从外壳的颜色、形状和材料，到控制气流和确定分析物通过传感器时的精确路径，设计在ChemiSense的方法的每个方面都很重要，这对提高传感器的功效和性能至关重要。
“我们使用的技术是基于聚合物的，”Will解释道。“我们使用了大约20种不同的聚合物，用不同的导电材料处理它们，然后针对我们试图检测的化学或元素优化这些混合物的比例。所以我们最终得到了一种能够检测目标元素的材料，而不需要让传感器微燃烧来工作。”
是的，你没听错:传统的空气质量传感器有一个微燃烧室，可以加热到宜人的300摄氏度。然后你测量里面有多少空气燃烧，将其与不燃烧空气的基线相比较，然后分析差异，你就明白了。不简单。不优雅。不实际的。当然不能随身携带，除非你穿着钢铁侠的衣服。
优化，优化，优化，调整，调整，调整。
但ChemiSense更进一步:这些传感器被放置在一个阵列中，这样它们就可以互相交谈了。如果一个传感器以某种方式做出反应，ChemiSense的专有算法可以将该反应与阵列上所有其他传感器的反应进行比较，以及它们过去的反应。整个设备作为一个整体。
这个简单而复杂的设计是如何产生的呢?威尔坦白说:“我们实际上采取了一种奇怪的方法。在进入软件领域之前，我们几乎完全是先开发硬件，因为软件方面我们已经计划好了。”
他停顿了一下，澄清了一下。该公司开发了他们自己的原型过程，其中包括他们认为事物应该如何表现的内部软件模型，然后使用该模型完成所有硬件迭代和开发。一旦他们确定硬件的工作方式是他们想要的，他们重新调整整个模型，使它更准确的下一个迭代。只有到那时，团队才觉得他们已经准备好把软件外壳包裹在设备上了。
Will说:“在每次迭代中，我们都在不断推进灵敏度极限。“优化、优化、优化、调整、调整、再调整。我们还内置了一个自动软件校准……”威尔停顿了一下，喘了口气，“我们不知道环境传感器以前是否真的做过这种校准。你承受不起假阳性或假阴性。所以你需要检测一切。你需要知道“每个人都在想什么”。’”
确实。在一个充斥着大量污染物的世界里，检测一两个元素似乎有点过时了。
勇敢的新呼吸世界
布莱恩和威尔对更智能、更简单、更实用的空气质量传感器的热情已经成为现实:他们重新设计了它的制造方式、检测内容和检测量、工作方式、使用方式以及成本。它们不仅改变了空气流动的方向;它们改变了整个磁场的方向。
威尔表示:“环境感知的指标不会因行业而改变，甚至不会因消费者和行业的不同而改变。因此，这对我们来说是因祸得福，因为我们可以专注于创建整体平台，而不仅仅是单个产品。”
但两人都小心翼翼地避免偏离谦逊的道路。对他们来说，最大的挑战仍然是如何保持星敏感器的性能和设备与人之间的关系，以应对我们都希望成为重要行业和消费者需求的需求。
