Kako će ultrazvučni senzori promijeniti svijet u sljedećih 50 godina

Od rođenja senzora, ultrazvučni senzor je postao najvažnija infrastruktura u digitalnom društvu jer može pomoći ljudima pretvoriti informacije koje su nekoć bile nepoznate i teško procjenjive u lako dostupne i točnije podatke. Godine 2011., osnivač i rizični kapitalist tvrtke Netscape, iznio je vrlo kreativan i već realiziran stav: 'Softver jede svijet.' Do današnjeg dana, ako 'softver' zamijenite s 'ultraonic senzor' u rečenici, vrijedi isti argument.

Od pametnih telefona do pametnih glasovnih uređaja, od energetskih platformi do industrijske opreme, senzori se prirodno 'iskoristi' kao produžni organi koji povezuju ljude sa strojevima, samim ljudima i prirodnim okolišem. S razvojem senzora i srodnih hardverskih i softverskih tehnologija kao što su pohrana podataka, pohrana energije, novi materijali i mrežna infrastruktura, kao i stalni pad troškova, Scenariji primjene ultrazvučnih pretvarača protoka postat će sve brojniji.

Predviđa se da će do 2020. biti 300 milijardi senzora u našim svakodnevnim životima diljem svijeta, veličina tržišta dosegnut će 10,5 milijardi američkih dolara, a veličina tržišta fleksibilnih senzora koji se mogu ispisivati ​​dosegnut će 7,3 milijarde američkih dolara.

Dakle, čemu se danas koriste ultrazvučni senzori? U budućnosti, pa čak iu sljedećih 50 godina, kakvu će evoluciju doživjeti senzori i kako će promijeniti svijet?

1. Senzori danas posvuda

Od potrošačke elektronike do poljoprivrede, od prijevoza do medicine, od energije do zrakoplovstva, od industrije do upravljanja gradom, senzori su duboko integrirani u ljudsku proizvodnju i život.

1. Potrošačka elektronika

U području potrošačke elektronike, kako ljudi nastavljaju povećavati svoje funkcionalne zahtjeve, sve više i više prilagođeni senzor ultrazvučne sonde integriran je u razne proizvode. Na primjer, pametni telefon opremljen je s više od deset senzora kao što su senzor svjetla, senzor udaljenosti, senzor gravitacije, žiroskop, GPS, senzor otiska prsta i tako dalje.

2. Poljoprivreda

U poljoprivredi, putem ultrazvučnih senzora instaliranih na životinjama ili u gospodarskim objektima, možemo pratiti zdravlje životinja i razne rizike u stvarnom vremenu kako bismo minimizirali bolesti i smrtnost životinja te povećali produktivnost i plodnost. Pomoću senzora na terenu možemo točno razumjeti podatke o vremenu i tlu kako bismo odredili najbolje vrijeme za sadnju, navodnjavanje, gnojidbu i žetvu.

3. Arhitektura

U inteligentnim zgradama ultrazvučni senzori mogu pratiti kvalitetu zraka, intenzitet svjetla, koncentraciju dima, promjene temperature i druge podatke u zgradi u stvarnom vremenu, omogućujući nam da bolje upravljamo kvalitetom unutarnjeg zraka, smanjimo potrošnju energije i poboljšamo životno i radno okruženje.

4. Zdravstvena njega

U zdravstvu se ultrazvučni senzor može koristiti za upravljanje lijekovima i životnim stilom pacijenata s kroničnim bolestima poput dijabetesa i visokog krvnog tlaka. Također može pomoći djeci ili njegovateljima da prate starije osobe s Alzheimerovom bolešću i drugim bolestima u stvarnom vremenu. Kada se otkriju abnormalnosti, možete odmah potražiti liječničku pomoć ili nazvati hitnu pomoć.

Preko ultrazvučnog senzora liječnik može daljinski pratiti otkucaje srca pacijenta, krvni tlak, šećer u krvi, elektrokardiogram i druge zdravstvene pokazatelje, te može uzeti elektroničke pilule kako bi razumio pacijentove lijekove i liječenje te dao pravovremene savjete. Općenito, senzori mogu smanjiti bolničke troškove, poboljšati medicinsku kvalitetu i smanjiti učestalost skupih troškova hitnog prijema i troškova hospitalizacije.

5. Upravljanje gradom

Za gradske uprave, ultrazvučni senzori mogu pomoći upraviteljima da razumiju rad podzemnih vodova i opreme kao što su plin, struja, voda, kanalizacija, itd. mogu nadzirati cestovna vozila i pješačke tokove u stvarnom vremenu i prilagoditi strategije prijevoza na vrijeme kako bi se smanjila prometna gužva; možete reći gdje vozači automobila imaju besplatna parkirna mjesta kako biste izbjegli nepotrebno gubljenje vremena i smanjili emisije ugljika; mogu čak otkriti i pratiti izbijanje i širenje bolesti.

6. Ostala polja

Bez ultrazvučnih senzora ne bi bilo interneta stvari niti industrije 4.0. U područjima industrije, energetike, vojske itd. senzori mogu postići prediktivno održavanje opreme. Analizom podataka prikupljenih ultrazvučnim senzorima, oni mogu odgovoriti na potencijalne probleme, čime se minimaliziraju troškovi zastoja opreme.

Drugo, uzbudljivija budućnost

U budućnosti će ultrazvučni senzori postati manji, jeftiniji, precizniji, fleksibilniji, energetski učinkovitiji i ekološki prihvatljiviji, sposobni prikupljati više vrsta podataka i integrirati sve više novih tehnologija.

1. Manje i jeftinije

Uz primjenu raznih novih platformi i novih materijala, proizvođači mogu proizvoditi manje ultrazvučne senzore čija izvedba može biti visoka kao elektroničke komponente milimetarske i mikrovalne razine, a uz primjenu manje silicija, trošak će biti znatno smanjen. U isto vrijeme, nova platforma će također smanjiti troškove dizajna senzora, razvoja i proizvodnje. Dugoročno gledano, samokalibrirajući ultrazvučni senzori vrlo su isplativi. Automatskom kalibracijom može se smanjiti broj i vrijeme održavanja senzora, a troškovi održavanja mogu se znatno smanjiti. Osim toga, samoobnavljajući senzori imat će širu primjenu i niže troškove održavanja, posebice u slučaju raznih katastrofa i rizika.

2. Veća točnost

Trenutačno je istraživanje višekanalnog kooperativnog očitavanja spektra još uvijek u povojima. U budućnosti, kada tehnologija bude zrela, pružat će točnije podatke praćenja od trenutnih jednokanalnih senzora.

Precizniji, pouzdaniji i ponovljivi ultrazvučni senzori imat će više scenarija primjene u medicinskoj opremi i drugim područjima, a funkcije koje postižu također su snažnije.

3. Fleksibilniji i fleksibilniji

Fleksibilni senzori važan su smjer budućeg razvoja senzora. Trenutačno su fleksibilni svjetlosni senzori, PH senzori, ionski senzori i biosenzori još uvijek u ranoj fazi razvoja. U budućnosti će ovi fleksibilni senzori imati inovativnije primjene, kao što su umjetna koža, nosivi senzori i detektiranje mikro pokreta.

Kroz mikrožičnu tehnologiju i magnetsko polje, ultrazvučni senzor može biti tanak kao kosa i elastičan, bez napajanja, koji može mjeriti temperaturu, tlak, napetost, stres, torziju i položaj bez kontakta.

4. Bolja percepcija i više podataka

Senzori budućnosti učinkovitije će oponašati ljudska osjetila za otkrivanje, obradu i analizu složenih signala, kao što su biološke opasnosti, mirisi, pritisak materijala, patogeni i korozija. Na primjer, ovi napredni ultrazvučni senzori ne samo da mogu osjetiti veliki broj pojedinačnih analita (kao što je ugljični dioksid), već i dešifrirati svaku komponentu mirisa. Osim toga, inteligentna prašina je mikroskopski senzor pokretan vibracijama, koji može nadzirati različite situacije kao što su bojna polja, visoke zgrade ili začepljene arterije.

5. Više medicinskih primjena

Trenutačno se mnogi senzori povezani sa zdravljem uglavnom koriste u poljima zabave i načina života, a njihove funkcije ne mogu zadovoljiti zahtjeve medicinske razine. U budućnosti će više medicinskih senzora proći stroga regulatorna odobrenja i ostvariti medicinske primjene.

S minijaturizacijom laboratorijskih sustava ubrzat će se razvoj novih tehnologija za percepciju biološke opasnosti, a ultrazvučni senzori postat će pravi uređaji medicinske razine, a ne jednostavna životna i zabavna uporaba. Medicinski pregled će biti lakši. Jedan instrument za ispitivanje može analizirati više tvari i smanjiti potrebu za uzorcima za ispitivanje. Na primjer, testiranje zdravlja može se izvršiti putem tjelesnih tekućina kao što su znoj i suze.

Pilule za gutanje primjena je minijaturizacije laboratorijskih sustava. Na primjer, mnogi startupovi za zdravstvenu tehnologiju koristili su senzore za zamjenu tradicionalne endoskopije kako bi smanjili bol pacijenata. Postoje i neke pilule koje se mogu progutati ili implantirati, a koje su razvile tehnološke tvrtke, a koje se mogu kontinuirano davati u tijelu dulje vrijeme, što olakšava svakodnevno liječenje pacijenata.

6. Više uštede energije

Trenutačno većina ultrazvučnih senzora nije jako energetski učinkovita jer su uvijek uključeni. Senzori će u budućnosti postati pametniji i pokretani specifičnim uvjetima, te se mogu aktivirati samo kada se postigne određeno stanje, a kada su u stanju mirovanja, gotovo da nema potrošnje energije.

Osim toga, ultrazvučni senzor također može dobiti energiju iz okolnog okoliša kako bi se postigao dulji rad. Na primjer, tjelovježba, pritisak, svjetlo ili razlika između topline pacijentovog tijela i okolnog zraka mogu biti izvor energije senzora.

7. Ekološki prihvatljiviji

U budućnosti će ekološki prihvatljivi i biorazgradivi ultrazvučni senzori postati sve popularniji. Na primjer, ultrazvučni senzor može biti razgradiva papirna baterija pokretana bakterijama. Takav ultrazvučni senzor može se koristiti u poljima kao što su upravljanje poljoprivrednim zemljištem, praćenje okoliša, praćenje cirkulacije hrane ili medicinsko testiranje bez zagađivanja okoliša.

8. Veća složenost i bolja kompatibilnost

Usklađivanjem rada, na senzor ultrazvučne sonde dobit će dodatnu složenost. Klasteri senzora mogu bolje koordinirati rad između senzora i odrediti sadržaj i mjesto rada putem autonomnog sustava učenja. Osim toga, usvajanje raznih novih tehnologija također će učiniti ultrazvučni senzor raznolikijim. Na primjer, putem laserske tehnologije, ultrazvučni senzor može identificirati sastav materijala kroz jedinstveni spektar materijala; senzor vremena leta može mjeriti udaljenost između dva objekta putem infracrvenih svjetlosnih impulsa; izrađeni od pzt materijala kao što su piezo kristali, posebna keramika, kosti, DNA, proteini itd. Piezo senzori mogu bolje reagirati na vanjski pritisak i latentnu toplinu.

U budućnosti će napredak u različitim temeljnim znanostima dodatno potaknuti brzi razvoj senzorske tehnologije. Ultrazvučni senzor postat će minijaturiziraniji i lakši za korištenje, a interakcija između čovjeka i računala bit će prijateljskija; istovremeno će postati nevidljiviji i manje uočljivi. Kako su ultrazvučni senzori dublje integrirani u naše svakodnevne živote, kao i integracija s novim tehnologijama kao što je AI, u budućem međusobno povezanom i automatiziranom svijetu, ultrazvučni senzor će učiniti naše živote boljim.