Come i sensori a ultrasuoni cambieranno il mondo nei prossimi 50 anni

Dalla nascita del sensore, il sensore a ultrasuoni è diventato l’infrastruttura più importante della società digitale perché può aiutare l’uomo a trasformare informazioni un tempo sconosciute e difficili da giudicare in dati facilmente accessibili e più accurati. Nel 2011, il fondatore e venture capitalist di Netscape, avanzò una visione molto creativa e già realizzata: 'Il software sta mangiando il mondo'. Ancora oggi, se in una frase si sostituisce 'software' con 'sensore ultraonico', si applica lo stesso argomento.

Dagli smartphone ai dispositivi vocali intelligenti, dalle piattaforme energetiche alle apparecchiature industriali, i sensori 'ricorrono' naturalmente come organi di estensione che collegano gli esseri umani alle macchine, agli esseri umani stessi e all'ambiente naturale. Con lo sviluppo di sensori e le relative tecnologie hardware e software come l'archiviazione di dati, l'accumulo di energia, nuovi materiali e infrastrutture di rete, nonché il continuo calo dei costi, gli scenari applicativi dei trasduttori di flusso ad ultrasuoni diventeranno sempre più abbondanti.

Si prevede che entro il 2020 ci saranno 300 miliardi di sensori nella nostra vita quotidiana in tutto il mondo, la dimensione del mercato raggiungerà i 10,5 miliardi di dollari USA e la dimensione del mercato dei sensori flessibili stampabili raggiungerà i 7,3 miliardi di dollari USA.

Allora, quali sono gli usi dei sensori a ultrasuoni oggi? Nel futuro, e anche nei prossimi 50 anni, che tipo di evoluzione subiranno i sensori e come cambieranno il mondo?

1. Sensori ovunque oggi

Dall’elettronica di consumo all’agricoltura, dai trasporti alla medicina, dall’energia all’aerospaziale, dall’industria alla gestione delle città, i sensori sono stati profondamente integrati nella produzione e nella vita umana.

1. Elettronica di consumo

Nel campo dell'elettronica di consumo, poiché gli esseri umani continuano ad aumentare i loro requisiti funzionali, sempre di più i sensori del trasduttore a ultrasuoni personalizzati sono integrati in vari prodotti. Ad esempio, uno smartphone è dotato di più di dieci sensori come sensore di luce, sensore di distanza, sensore di gravità, giroscopio, GPS, sensore di impronte digitali e così via.

2. Agricoltura

In campo agricolo, attraverso sensori a ultrasuoni installati sugli animali o negli edifici agricoli, possiamo monitorare la salute degli animali e i vari rischi in tempo reale per ridurre al minimo le malattie e la mortalità degli animali e aumentare la produttività e la fertilità. Attraverso sensori in campo, possiamo comprendere con precisione i dati meteorologici e del suolo per determinare il momento migliore per la semina, l'irrigazione, la fertilizzazione e la raccolta.

3. Architettura

Negli edifici intelligenti, i sensori a ultrasuoni possono monitorare la qualità dell’aria, l’intensità della luce, la concentrazione di fumo, le variazioni di temperatura e altri dati nell’edificio in tempo reale, permettendoci di gestire meglio la qualità dell’aria interna, ridurre il consumo di energia e migliorare gli ambienti di vita e di lavoro.

4. Sanità

In ambito sanitario, il sensore a ultrasuoni può essere utilizzato per la gestione dei farmaci e degli stili di vita dei pazienti affetti da malattie croniche come diabete e ipertensione. Può anche aiutare i bambini o gli operatori sanitari a monitorare in tempo reale gli anziani affetti dal morbo di Alzheimer e da altre malattie. Quando vengono rilevate anomalie, è possibile cercare immediatamente assistenza medica o chiamare i servizi di emergenza.

Attraverso il sensore a ultrasuoni, il medico può monitorare a distanza la frequenza cardiaca, la pressione sanguigna, la glicemia, l'elettrocardiogramma e altri indicatori di salute del paziente e può assumere pillole elettroniche per comprendere i farmaci e il trattamento del paziente e fornire consigli tempestivi. In generale, i sensori possono ridurre i costi ospedalieri, migliorare la qualità medica e ridurre la frequenza dei costosi costi di ricovero in emergenza e di ricovero ospedaliero.

5. Gestione della città

Per i dipartimenti di gestione della città, i sensori a ultrasuoni possono aiutare i manager a comprendere il funzionamento delle linee e delle apparecchiature sotterranee come gas, elettricità, acqua, fognature, ecc. Possono monitorare i veicoli stradali e i flussi pedonali in tempo reale e adattare le strategie di trasporto in tempo per ridurre la congestione del traffico; puoi indicare dove hanno parcheggi gratuiti gli automobilisti per evitare inutili perdite di tempo e ridurre le emissioni di carbonio; possono persino rilevare e monitorare l’insorgenza e la diffusione di malattie.

6. Altri campi

Senza i sensori a ultrasuoni non esisterebbero l’Internet delle cose e l’Industria 4.0. Nei settori industriale, energetico, militare, ecc., i sensori possono ottenere la manutenzione predittiva delle apparecchiature. Analizzando i dati raccolti dai sensori a ultrasuoni, questi possono rispondere a potenziali problemi, riducendo così al minimo il costo dei tempi di fermo delle apparecchiature.

In secondo luogo, un futuro più entusiasmante

In futuro, i sensori a ultrasuoni diventeranno più piccoli, più economici, più accurati, più flessibili, più efficienti dal punto di vista energetico e più rispettosi dell’ambiente, in grado di raccogliere più tipi di dati e integrare sempre più nuove tecnologie.

1. Più piccolo ed economico

Con l'applicazione di varie nuove piattaforme e nuovi materiali, i produttori possono produrre sensori a ultrasuoni più piccoli le cui prestazioni possono arrivare fino a componenti elettronici a livello millimetrico e a microonde, e con l'applicazione di meno silicio, il costo sarà sostanzialmente ridotto. Allo stesso tempo, la nuova piattaforma ridurrà anche i costi di progettazione, sviluppo e produzione dei sensori. A lungo termine, i sensori a ultrasuoni autocalibranti sono molto convenienti. Attraverso la calibrazione automatica, il numero e il tempo di manutenzione del sensore possono essere ridotti e i costi di manutenzione possono essere notevolmente ridotti. Inoltre, i sensori autoriparanti avranno una gamma più ampia di applicazioni e costi di manutenzione inferiori, soprattutto in caso di vari disastri e rischi.

2. Maggiore precisione

Allo stato attuale, la ricerca sul rilevamento dello spettro cooperativo multicanale è ancora agli inizi. In futuro, una volta che la tecnologia sarà matura, fornirà dati di monitoraggio più accurati rispetto agli attuali sensori a canale singolo.

Sensori a ultrasuoni più accurati, affidabili e riproducibili avranno più scenari applicativi nelle apparecchiature mediche e in altri campi e anche le funzioni che otterranno saranno più potenti.

3. Più flessibile e più flessibile

I sensori flessibili rappresentano una direzione importante per lo sviluppo futuro dei sensori. Attualmente i sensori di luce flessibili, i sensori di PH, i sensori di ioni e i biosensori sono ancora nella fase iniziale di sviluppo. In futuro, questi sensori flessibili avranno applicazioni più innovative, come la pelle artificiale, i sensori indossabili e il rilevamento di micromovimenti.

Attraverso la tecnologia dei microfili e il campo magnetico, il sensore a ultrasuoni può essere sottile come un capello ed elastico, senza alimentazione, in grado di misurare temperatura, pressione, tensione, stress, torsione e posizione senza contatto.

4. Migliore percezione e più dati

I futuri sensori imiteranno in modo più efficace i sensi umani per rilevare, elaborare e analizzare segnali complessi, come pericoli biologici, odori, pressione dei materiali, agenti patogeni e corrosione. Ad esempio, questi sensori a ultrasuoni avanzati non solo possono rilevare un gran numero di singoli analiti (come l'anidride carbonica), ma anche decifrare ogni componente dell'odore. Inoltre, la polvere intelligente è un sensore microscopico guidato dalle vibrazioni, che può monitorare varie situazioni come campi di battaglia, grattacieli o arterie intasate.

5. Più applicazioni mediche

Attualmente, molti sensori relativi alla salute vengono utilizzati principalmente nei settori dell'intrattenimento e dello stile di vita e le loro funzioni non possono soddisfare i requisiti di livello medico. In futuro, un numero maggiore di sensori di livello medico supererà una rigorosa approvazione normativa e realizzerà applicazioni mediche.

Con la miniaturizzazione dei sistemi di laboratorio, lo sviluppo di tecnologie emergenti per la percezione del rischio biologico sarà accelerato e i sensori a ultrasuoni diventeranno veri e propri dispositivi di livello medico piuttosto che semplici usi nella vita quotidiana e nell’intrattenimento. I test medici saranno più facili. Uno strumento di analisi può analizzare più sostanze e ridurre la necessità di analizzare campioni. Ad esempio, i test sanitari possono essere completati attraverso fluidi corporei come sudore e lacrime.

Le pillole deglutibili sono un'applicazione di miniaturizzazione dei sistemi di laboratorio. Ad esempio, molte startup di tecnologia sanitaria hanno utilizzato sensori per sostituire l’endoscopia tradizionale per ridurre il dolore del paziente. Esistono anche alcune pillole deglutibili o impiantabili sviluppate da aziende tecnologiche che possono essere somministrate continuamente nel corpo per lungo tempo, rendendo più semplice il trattamento quotidiano dei pazienti.

6. Maggiore risparmio energetico

Attualmente, la maggior parte dei sensori a ultrasuoni non sono molto efficienti dal punto di vista energetico perché sono sempre accesi. In futuro, i sensori diventeranno più intelligenti e saranno guidati da condizioni specifiche e potranno essere attivati ​​solo quando viene raggiunta una determinata condizione e quando sono in modalità standby non vi sarà quasi alcun consumo energetico.

Inoltre, il sensore a ultrasuoni può anche ottenere energia dall'ambiente circostante per garantire un funzionamento più lungo. Ad esempio, l'esercizio fisico, la pressione, la luce o la differenza tra il calore del corpo del paziente e l'aria circostante possono essere la fonte di energia del sensore.

7. Più rispettoso dell'ambiente

In futuro, i sensori a ultrasuoni ecologici e biodegradabili diventeranno sempre più popolari. Ad esempio, il sensore a ultrasuoni può essere una batteria di carta degradabile alimentata da batteri. Tale sensore a ultrasuoni può essere utilizzato in campi quali la gestione dei terreni agricoli, il monitoraggio ambientale, il monitoraggio della circolazione degli alimenti o i test medici senza inquinare l'ambiente.

8. Maggiore complessità e migliore compatibilità

Coordinando i lavori, il Il sensore del trasduttore a ultrasuoni acquisirà ulteriore complessità. I cluster di sensori possono coordinare meglio il lavoro tra i sensori e determinare il contenuto e la posizione del lavoro attraverso un sistema di apprendimento autonomo. Inoltre, l’adozione di varie nuove tecnologie renderà anche il sensore a ultrasuoni più diversificato. Ad esempio, attraverso la tecnologia laser, il sensore a ultrasuoni può identificare la composizione del materiale attraverso lo spettro unico del materiale; il sensore del tempo di volo può misurare la distanza tra due oggetti attraverso impulsi di luce infrarossa; realizzati con materiali pzt come cristalli piezoelettrici, ceramiche speciali, ossa, DNA, proteine, ecc. I sensori piezoelettrici possono rispondere meglio alla pressione esterna e al calore latente.

In futuro, i progressi in varie scienze di base promuoveranno ulteriormente la rapida evoluzione della tecnologia dei sensori. Il sensore a ultrasuoni diventerà più miniaturizzato e facile da usare e l'interazione uomo-computer sarà più amichevole; allo stesso tempo diventeranno più invisibili e meno evidenti. Poiché i sensori a ultrasuoni sono integrati più profondamente nella nostra vita quotidiana, così come l'integrazione con nuove tecnologie come l'intelligenza artificiale, nel futuro mondo interconnesso e automatizzato, i sensori a ultrasuoni miglioreranno le nostre vite.