Hvordan ultralydssensorer vil ændre verden i de næste 50 år

Siden sensorens fødsel er ultralydssensoren blevet den vigtigste infrastruktur i det digitale samfund, fordi den kan hjælpe mennesker med at omdanne information, der engang var ukendt og svær at bedømme, til let tilgængelige og mere præcise data. I 2011, grundlæggeren og venturekapitalisten af ​​Netscape, fremsatte den et meget kreativt og allerede realiseret synspunkt: 'Software æder verden.' Den dag i dag, hvis man erstatter 'software' med 'ultraonisk sensor' i en sætning, gælder det samme argument.

Fra smartphones til smarte stemmeenheder, fra energiplatforme til industrielt udstyr, sensorer 'tilgængelige' naturligt som de forlængelsesorganer, der forbinder mennesker med maskiner, mennesker selv og det naturlige miljø. Med udviklingen af ​​sensorer og relateret hardware- og softwareteknologier såsom datalagring, energilagring, nye materialer og netværksinfrastruktur, såvel som det kontinuerlige fald i omkostninger, ultralydsflowtransducere vil blive mere og mere rigelige. Anvendelsesscenarier for

Det forudsiges, at der i 2020 vil være 300 milliarder sensorer i vores daglige liv over hele verden, markedsstørrelsen vil nå 10,5 milliarder amerikanske dollars, og markedsstørrelsen for printbare fleksible sensorer vil nå op på 7,3 milliarder amerikanske dollars.

Så hvad er brugen af ​​ultralydssensorer i dag? Hvilken slags evolution vil sensorer gennemgå i fremtiden, og selv i de næste 50 år, og hvordan vil de ændre verden?

1. Sensorer overalt i dag

Fra forbrugerelektronik til landbrug, fra transport til medicinsk, fra energi til rumfart, fra industri til byforvaltning, er sensorer blevet dybt integreret i menneskelig produktion og liv.

1. Forbrugerelektronik

Inden for forbrugerelektronik, som mennesker fortsætter med at øge deres funktionelle krav, mere og mere brugerdefinerede ultralydstransducersensorer er integreret i forskellige produkter. For eksempel er en smartphone udstyret med mere end ti sensorer såsom lyssensor, afstandssensor, gravitationssensor, gyroskop, GPS, fingeraftrykssensor og så videre.

2. Landbrug

På landbrugsområdet kan vi gennem ultralydssensorer installeret på dyr eller i landbrugsbygninger overvåge dyresundhed og forskellige risici i realtid for at minimere dyresygdomme og dødelighed og øge produktiviteten og fertiliteten. Gennem sensorer i marken kan vi nøjagtigt forstå vejr- og jorddata for at bestemme det bedste tidspunkt for plantning, kunstvanding, gødskning og høst.

3. Arkitektur

I intelligente bygninger kan ultralydssensorer overvåge luftkvaliteten, lysintensiteten, røgkoncentrationen, temperaturændringer og andre data i bygningen i realtid, hvilket giver os mulighed for bedre at styre indendørs luftkvalitet, reducere energiforbruget og forbedre leve- og arbejdsmiljøer.

4. Sundhedsvæsen

I sundhedsvæsenet kan ultralydssensoren bruges til behandling af lægemidler og livsstil hos patienter med kroniske sygdomme som diabetes og forhøjet blodtryk. Det kan også hjælpe børn eller omsorgspersoner med at overvåge ældre med Alzheimers sygdom og andre sygdomme i realtid. Når der konstateres abnormiteter, kan du straks søge lægehjælp eller ringe til alarmcentralen.

Gennem ultralydssensor kan lægen fjernovervåge patientens puls, blodtryk, blodsukker, elektrokardiogram og andre sundhedsindikatorer og kan tage elektroniske piller for at forstå patientens medicin og behandling og give rettidig rådgivning. Generelt kan sensorer reducere hospitalsomkostninger, forbedre medicinsk kvalitet og reducere hyppigheden af ​​dyre akutindlæggelsesomkostninger og hospitalsindlæggelsesomkostninger.

5. Byens ledelse

For byforvaltningsafdelinger kan ultralydssensorer hjælpe ledere med at forstå driften af ​​underjordiske linjer og udstyr såsom gas, elektricitet, vand, spildevand osv. de kan overvåge vejkøretøjer og fodgængerstrømme i realtid og justere transportstrategier i tide for at reducere trafikpropper; du kan se, hvor bilister har gratis parkeringspladser for at undgå unødvendigt spild af tid og reducere CO2-emissioner; de kan endda opdage og spore udbrud og spredning af sygdomme.

6. Andre felter

Uden ultralydssensorer ville der ikke være noget internet af tingene og ingen industri 4.0. Inden for industri, energi, militær osv. kan sensorer opnå prædiktiv vedligeholdelse af udstyr. Ved at analysere de data, der indsamles af ultralydssensorer, kan de reagere på potentielle problemer og derved minimere omkostningerne ved udstyrsnedetid.

For det andet en mere spændende fremtid

I fremtiden vil ultralydssensorer blive mindre, billigere, mere præcise, mere fleksible, mere energieffektive og mere miljøvenlige, i stand til at indsamle flere typer data og integrere flere og flere nye teknologier.

1. Mindre og billigere

Med anvendelsen af ​​forskellige nye platforme og nye materialer kan producenter fremstille mindre ultralydssensorer, hvis ydeevne kan være så høj som elektroniske komponenter på millimeterniveau og mikrobølgeniveau, og med anvendelse af mindre silicium vil omkostningerne blive væsentligt reduceret. Samtidig vil den nye platform også reducere sensordesign, udvikling og fremstillingsomkostninger. I det lange løb er selvkalibrerende ultralydssensorer meget omkostningseffektive. Gennem automatisk kalibrering kan antallet og tiden for sensorvedligeholdelse reduceres, og vedligeholdelsesomkostningerne kan reduceres betydeligt. Derudover vil selvhelbredende sensorer have et bredere anvendelsesområde og lavere vedligeholdelsesomkostninger, især i tilfælde af forskellige katastrofer og risici.

2. Højere nøjagtighed

På nuværende tidspunkt er forskningen i multi-kanal kooperativ spectrum sensing stadig i sin vorden. I fremtiden, når teknologien er moden, vil den give mere nøjagtige overvågningsdata end nuværende enkeltkanalssensorer.

Mere nøjagtige, pålidelige og reproducerbare ultralydssensorer vil have flere anvendelsesscenarier inden for medicinsk udstyr og andre områder, og de funktioner, de opnår, er også mere kraftfulde.

3. Mere fleksibel og mere fleksibel

Fleksible sensorer er en vigtig retning for fremtidig sensorudvikling. På nuværende tidspunkt er fleksible lyssensorer, PH-sensorer, ionsensorer og biosensorer stadig i den tidlige udviklingsfase. I fremtiden vil disse fleksible sensorer have mere innovative applikationer, såsom kunstig hud, bærbare sensorer og mikrobevægelsessensorer.

Gennem mikrotrådsteknologi og magnetfelt kan ultralydssensoren være så slank som hår og elastisk, uden strømforsyning, som kan måle temperatur, tryk, spænding, stress, vridning og position uden kontakt.

4. Bedre opfattelse og mere data

Fremtidige sensorer vil mere effektivt efterligne menneskelige sanser for at detektere, behandle og analysere komplekse signaler, såsom biologiske farer, lugte, materialetryk, patogener og korrosion. For eksempel kan disse avancerede ultralydssensorer ikke kun registrere et stort antal enkelte analytter (såsom kuldioxid), men også dechifrere hver komponent af lugten. Derudover er intelligent støv en mikroskopisk sensor drevet af vibrationer, som kan overvåge forskellige situationer såsom slagmarker, højhuse eller tilstoppede arterier.

5. Flere medicinske anvendelser

På nuværende tidspunkt bruges mange sundhedsrelaterede sensorer hovedsageligt inden for underholdnings- og livsstilsområder, og deres funktioner kan ikke opfylde kravene til medicinsk kvalitet. I fremtiden vil flere sensorer af medicinsk kvalitet bestå streng regulatorisk godkendelse og realisere medicinske applikationer.

Med miniaturiseringen af ​​laboratoriesystemer vil udviklingen af ​​nye teknologier til biofareopfattelse blive accelereret, og ultralydssensorer vil blive ægte enheder af medicinsk kvalitet snarere end simpelt liv og underholdning. Medicinsk test vil være lettere. Et testinstrument kan analysere flere stoffer og reducere behovet for testprøver. For eksempel kan helbredstest udføres gennem kropsvæsker som sved og tårer.

Swallowable pills er en anvendelse af miniaturisering af laboratoriesystemer. For eksempel har mange nystartede sundhedsteknologier brugt sensorer til at erstatte traditionel endoskopi for at reducere patientens smerter. Der er også nogle slugelige eller implanterbare piller udviklet af teknologivirksomheder, som kontinuerligt kan administreres i kroppen i lang tid, hvilket gør den daglige behandling af patienter lettere.

6. Mere energibesparelse

I øjeblikket er de fleste ultralydssensorer ikke særlig energieffektive, fordi de altid er tændt. I fremtiden vil sensorer blive smartere og drevet af specifikke forhold, og kan kun aktiveres, når en bestemt tilstand er nået, og når de er i standby-tilstand, er der næsten intet strømforbrug.

Derudover kan ultralydssensoren også hente energi fra det omgivende miljø for at opnå længere drift. For eksempel kan træning, tryk, lys eller forskellen mellem varmen fra patientens krop og den omgivende luft være sensorens energikilde.

7. Mere miljøvenlig

I fremtiden vil miljøvenlige og biologisk nedbrydelige ultralydssensorer blive stadig mere populære. For eksempel kan ultralydssensoren være et bakteriedrevet, nedbrydeligt papirbaseret batteri. En sådan ultralydssensor kan bruges inden for områder som landbrugsjordforvaltning, miljøovervågning, fødevarecirkulationsovervågning eller medicinsk test uden at forurene miljøet.

8. Højere kompleksitet og bedre kompatibilitet

Ved at koordinere arbejdet ultralydstransducersensor vil få yderligere kompleksitet. Sensorklynger kan bedre koordinere arbejdet mellem sensorer og bestemme indholdet og placeringen af ​​arbejdet gennem et autonomt læringssystem. Derudover vil vedtagelsen af ​​forskellige nye teknologier også gøre ultralydssensoren mere mangfoldig. For eksempel kan ultralydssensoren gennem laserteknologi identificere materialesammensætningen gennem materialets unikke spektrum; time-of-flight-sensoren kan måle afstanden mellem to objekter gennem infrarøde lysimpulser; lavet af pzt-materialer som piezokrystaller, specialkeramik, knogler, DNA, proteiner osv. Piezosensorer kan bedre reagere på eksternt tryk og latent varme.

I fremtiden vil fremskridt inden for forskellige grundlæggende videnskaber yderligere fremme den hurtige udvikling af sensorteknologi. Ultralydssensoren bliver mere miniaturiseret og brugervenlig, og menneske-computer-interaktion vil være mere venlig; samtidig vil de blive mere usynlige og mindre mærkbare. Efterhånden som ultralydssensorer er dybere integreret i vores daglige liv, såvel som integration med nye teknologier såsom AI, vil ultralydssensor i fremtidens sammenkoblede og automatiserede verden gøre vores liv bedre.