Як ультрагукавыя датчыкі зменяць свет у бліжэйшыя 50 гадоў

З моманту нараджэння датчыка ультрагукавы датчык стаў найважнейшай інфраструктурай у лічбавым грамадстве, таму што ён можа дапамагчы людзям пераўтварыць інфармацыю, якая калісьці была невядомая і якую цяжка ацаніць, у лёгкадаступныя і больш дакладныя даныя. У 2011 годзе, заснавальнік і венчурны капіталіст Netscape, ён высунуў вельмі крэатыўны і ўжо рэалізаваны пункт гледжання: «Праграмнае забеспячэнне з'ядае свет». Да сённяшняга дня, калі вы замяняеце «праграмнае забеспячэнне» на «ультрагукавы датчык» у сказе, прымяняецца той жа аргумент.

Ад смартфонаў да разумных галасавых прылад, ад энергетычных платформаў да прамысловага абсталявання, датчыкі, натуральна, «карыстаюцца» ў якасці дадатковых органаў, якія злучаюць людзей з машынамі, самімі людзьмі і прыродным асяроддзем. З развіццём датчыкаў і звязаных з імі апаратных і праграмных тэхналогій, такіх як захоўванне даных, назапашванне энергіі, новыя матэрыялы і сеткавая інфраструктура, а таксама пастаяннае зніжэнне выдаткаў Сцэнарыі прымянення ультрагукавых пераўтваральнікаў патоку будуць станавіцца ўсё больш і больш багатымі.

Прагназуецца, што да 2020 года ў нашым паўсядзённым жыцці ва ўсім свеце будзе 300 мільярдаў датчыкаў, памер рынку дасягне 10,5 мільярда долараў ЗША, а аб'ём рынку гнуткіх датчыкаў для друку — 7,3 мільярда долараў.

Такім чынам, для чаго сёння выкарыстоўваюцца ультрагукавыя датчыкі? У будучыні, і нават у наступныя 50 гадоў, якую эвалюцыю зведаюць датчыкі і як яны зменяць свет?

1. Датчыкі сёння ўсюды

Ад бытавой электронікі да сельскай гаспадаркі, ад транспарту да медыцыны, ад энергетыкі да аэракасмічнай прамысловасці, ад прамысловасці да кіравання горадам, датчыкі былі глыбока інтэграваныя ў вытворчасць і жыццё чалавека.

1. Бытавая электроніка

У галіне спажывецкай электронікі, паколькі людзі працягваюць павялічваць свае функцыянальныя патрабаванні, усё больш і больш індывідуальны датчык ультрагукавога пераўтваральніка інтэграваны ў розныя прадукты. Напрыклад, смартфон абсталяваны больш чым дзесяццю датчыкамі, такімі як датчык асветленасці, датчык адлегласці, датчык гравітацыі, гіраскоп, GPS, датчык адбіткаў пальцаў і гэтак далей.

2. Сельская гаспадарка

У сельскагаспадарчай галіне з дапамогай ультрагукавых датчыкаў, устаноўленых на жывёлах або ў гаспадарчых пабудовах, мы можам кантраляваць здароўе жывёл і розныя рызыкі ў рэжыме рэальнага часу, каб мінімізаваць захворванні і смяротнасць жывёл, а таксама павялічыць прадукцыйнасць і пладавітасць. З дапамогай датчыкаў у палявых умовах мы можам дакладна зразумець надвор'е і дадзеныя аб глебе, каб вызначыць найлепшы час для пасадкі, паліву, унясення ўгнаенняў і збору ўраджаю.

3. Архітэктура

У інтэлектуальных будынках ультрагукавыя датчыкі могуць кантраляваць якасць паветра, інтэнсіўнасць святла, канцэнтрацыю дыму, змены тэмпературы і іншыя даныя ў будынку ў рэжыме рэальнага часу, што дазваляе лепш кіраваць якасцю паветра ў памяшканні, зніжаць спажыванне энергіі і паляпшаць жыццёвыя і працоўныя ўмовы.

4. Ахова здароўя

У ахове здароўя ультрагукавой датчык можа быць выкарыстаны для кіравання лекамі і ладам жыцця пацыентаў з хранічнымі захворваннямі, такімі як дыябет і высокае крывяны ціск. Гэта таксама можа дапамагчы дзецям або выхавальнікам сачыць за пажылымі людзьмі з хваробай Альцгеймера і іншымі захворваннямі ў рэжыме рэальнага часу. Пры выяўленні парушэнняў можна неадкладна звярнуцца па медыцынскую дапамогу або выклікаць хуткую дапамогу.

З дапамогай ультрагукавога датчыка лекар можа дыстанцыйна кантраляваць частату сардэчных скарачэнняў пацыента, крывяны ціск, узровень цукру ў крыві, электракардыяграму і іншыя паказчыкі здароўя, а таксама можа прымаць электронныя таблеткі, каб зразумець лекі і лячэнне пацыента, а таксама своечасова даць парады. Увогуле, датчыкі могуць знізіць выдаткі на бальніцу, палепшыць якасць медыцынскага абслугоўвання і знізіць частату дарагіх выдаткаў на экстранную прыёму і шпіталізацыю.

5. Кіраванне горадам

Для дэпартаментаў гарадскога кіравання ультрагукавыя датчыкі могуць дапамагчы кіраўнікам зразумець працу падземных ліній і абсталявання, такіх як газ, электрычнасць, водазабеспячэнне, каналізацыя і г. д. Яны могуць кантраляваць дарожныя транспартныя сродкі і пешаходныя патокі ў рэжыме рэальнага часу і своечасова карэктаваць транспартныя стратэгіі для памяншэння затораў; вы можаце сказаць, дзе ў кіроўцаў аўтамабіляў ёсць бясплатныя месцы для паркоўкі, каб пазбегнуць непатрэбнай траты часу і паменшыць выкіды вугляроду; яны нават могуць выяўляць і адсочваць успышкі і распаўсюджванне хвароб.

6. Іншыя палі

Без ультрагукавых датчыкаў не было б Інтэрнэту рэчаў і Індустрыі 4.0. У галінах прамысловасці, энергетыкі, ваеннай сферы і г.д. датчыкі могуць дасягнуць прагназуючага абслугоўвання абсталявання. Аналізуючы даныя, сабраныя ультрагукавымі датчыкамі, яны могуць рэагаваць на магчымыя праблемы, мінімізуючы тым самым кошт прастою абсталявання.

Па-другое, больш захапляльная будучыня

У будучыні ультрагукавыя датчыкі стануць меншымі, таннейшымі, больш дакладнымі, больш гнуткімі, больш энергаэфектыўнымі і больш экалагічна чыстымі, здольнымі збіраць больш тыпаў даных і інтэграваць усё новыя і новыя тэхналогіі.

1. Меншы і таннейшы

З прымяненнем розных новых платформаў і новых матэрыялаў вытворцы могуць вырабляць меншыя ультрагукавыя датчыкі, прадукцыйнасць якіх можа дасягаць электронных кампанентаў міліметровага і мікрахвалевага ўзроўню, а з ужываннем меншай колькасці крэмнію кошт значна знізіцца. У той жа час новая платформа таксама знізіць выдаткі на праектаванне, распрацоўку і вытворчасць датчыкаў. У доўгатэрміновай перспектыве ультрагукавыя датчыкі з самакалібрацыяй вельмі рэнтабельныя. З дапамогай аўтаматычнай каліброўкі можна паменшыць колькасць і час абслугоўвання датчыка, а таксама значна знізіць кошт абслугоўвання. Акрамя таго, датчыкі з самааднаўленнем будуць мець больш шырокі спектр прымянення і меншыя выдаткі на абслугоўванне, асабліва ў выпадку розных катастроф і рызык.

2. Больш высокая дакладнасць

У цяперашні час даследаванні шматканальнага сумеснага спектральнага зандзіравання ўсё яшчэ знаходзяцца ў зачаткавым стане. У будучыні, калі гэтая тэхналогія стане сталай, яна будзе забяспечваць больш дакладныя дадзеныя маніторынгу, чым цяперашнія аднаканальныя датчыкі.

Больш дакладныя, надзейныя і ўзнаўляльныя ультрагукавыя датчыкі будуць мець больш сцэнарыяў прымянення ў медыцынскім абсталяванні і іншых галінах, і функцыі, якія яны выконваюць, таксама больш магутныя.

3. Больш гнуткі і больш гнуткі

Гнуткія датчыкі - важны кірунак будучага развіцця датчыкаў. У цяперашні час гнуткія датчыкі святла, датчыкі PH, іённыя датчыкі і біядатчыкі ўсё яшчэ знаходзяцца на ранняй стадыі распрацоўкі. У будучыні гэтыя гнуткія датчыкі будуць мець больш інавацыйныя магчымасці прымянення, такія як штучная скура, носныя датчыкі і мікра-зандзіраванне руху.

Дзякуючы мікраправадной тэхналогіі і магнітнаму полю, ультрагукавы датчык можа быць такім жа тонкім, як валасы, і эластычным, без крыніцы харчавання, які можа вымяраць тэмпературу, ціск, нацяжэнне, напружанне, кручэнне і становішча без кантакту.

4. Лепшае ўспрыманне і больш дадзеных

Будучыя датчыкі будуць больш эфектыўна імітаваць органы пачуццяў чалавека для выяўлення, апрацоўкі і аналізу складаных сігналаў, такіх як біялагічныя небяспекі, пахі, ціск матэрыялу, хваробатворныя мікраарганізмы і карозія. Напрыклад, гэтыя ўдасканаленыя ультрагукавыя датчыкі могуць не толькі выяўляць вялікую колькасць асобных аналізаваных рэчываў (напрыклад, вуглякіслага газу), але і расшыфроўваць кожны кампанент паху. Акрамя таго, разумны пыл - гэта мікраскапічны датчык, які кіруецца вібрацыяй, які можа кантраляваць розныя сітуацыі, такія як палі бітваў, вышынныя будынкі або забітыя артэрыі.

5. Больш медыцынскіх прыкладанняў

У цяперашні час многія датчыкі, звязаныя са здароўем, у асноўным выкарыстоўваюцца ў сферы забаў і ладу жыцця, і іх функцыі не могуць адпавядаць патрабаванням медыцынскага ўзроўню. У будучыні больш датчыкаў медыцынскага ўзроўню пройдуць строгае адабрэнне нарматыўных органаў і будуць рэалізоўвацца ў медыцынскіх мэтах.

З мініяцюрызацыі лабараторных сістэм паскорыцца развіццё новых тэхналогій для ўспрымання біялагічнай небяспекі, і ультрагукавыя датчыкі стануць сапраўднымі прыладамі медыцынскага ўзроўню, а не простымі прымяненнямі ў жыцці і забаўках. Медыцынскае абследаванне стане прасцей. Адзін тэставы прыбор можа прааналізаваць больш рэчываў і паменшыць патрэбу ў пробах для тэставання. Напрыклад, тэсціраванне здароўя можа быць завершана праз вадкасці арганізма, такія як пот і слёзы.

Таблеткі для глытання - гэта прымяненне мініяцюрызацыі лабараторных сістэм. Напрыклад, многія стартапы медыцынскіх тэхналогій выкарыстоўвалі датчыкі для замены традыцыйнай эндаскапіі, каб паменшыць боль пацыента. Ёсць таксама таблеткі, якія можна праглынаць або імплантаваць, распрацаваныя тэхналагічнымі кампаніямі, якія можна бесперапынна ўводзіць у арганізм на працягу доўгага часу, палягчаючы штодзённае лячэнне пацыентаў.

6. Больш энергазберажэння

У цяперашні час большасць ультрагукавых датчыкаў не вельмі энергаэфектыўныя, таму што яны заўсёды ўключаны. У будучыні датчыкі стануць разумнейшымі і будуць кіравацца пэўнымі ўмовамі, і іх можна будзе актываваць толькі пры дасягненні пэўнага стану, а калі яны знаходзяцца ў рэжыме чакання, энергаспажыванне амаль адсутнічае.

Акрамя таго, ультрагукавой датчык можа таксама атрымліваць энергію з навакольнага асяроддзя для дасягнення больш працяглай працы. Крыніцай энергіі датчыка можа быць, напрыклад, фізічная нагрузка, ціск, святло або розніца паміж цяплом цела пацыента і навакольным паветрам.

7. Больш экалагічны

У будучыні экалагічна чыстыя і біяраскладальныя ультрагукавыя датчыкі будуць станавіцца ўсё больш папулярнымі. Напрыклад, ультрагукавым датчыкам можа быць папяровы акумулятар, які кіруецца бактэрыямі. Такі ультрагукавы датчык можа быць выкарыстаны ў такіх галінах, як кіраванне сельскагаспадарчымі ўгоддзямі, маніторынг навакольнага асяроддзя, маніторынг абароту прадуктаў харчавання або медыцынскія выпрабаванні, не забруджваючы навакольнае асяроддзе.

8. Больш высокая складанасць і лепшая сумяшчальнасць

Каардынуючы работу, ст датчык ультрагукавога пераўтваральніка набудзе дадатковую складанасць. Кластары датчыкаў могуць лепш каардынаваць працу паміж датчыкамі і вызначаць змест і месца працы з дапамогай сістэмы аўтаномнага навучання. Акрамя таго, прыняцце розных новых тэхналогій таксама зробіць ультрагукавы датчык больш разнастайным. Напрыклад, з дапамогай лазернай тэхналогіі ультрагукавы датчык можа ідэнтыфікаваць склад матэрыялу праз унікальны спектр матэрыялу; датчык часу пралёта можа вымяраць адлегласць паміж двума аб'ектамі з дапамогай інфрачырвоных светлавых імпульсаў; выраблены з матэрыялаў pzt, такіх як п'езакрышталі, спецыяльная кераміка, косці, ДНК, бялкі і г. д. П'езадатчыкі могуць лепш рэагаваць на знешні ціск і схаванае цяпло.

У будучыні дасягненні ў розных фундаментальных навуках будуць садзейнічаць хуткаму развіццю сэнсарных тэхналогій. Ультрагукавой датчык стане больш мініяцюрным і зручным, а ўзаемадзеянне чалавека і кампутара стане больш прыязным; пры гэтым яны стануць больш незаўважнымі і менш прыкметнымі. Паколькі ультрагукавы датчык больш глыбока інтэграваны ў наша паўсядзённае жыццё, а таксама інтэграцыя з новымі тэхналогіямі, такімі як штучны інтэлект, у будучым узаемазвязаным і аўтаматызаваным свеце ультрагукавы датчык зробіць наша жыццё лепшым.