Hoe ultrasone sensoren de wereld de komende 50 jaar zullen veranderen

Sinds de geboorte van de sensor is de ultrasone sensor de belangrijkste infrastructuur in de digitale samenleving geworden, omdat hij mensen kan helpen informatie die ooit onbekend en moeilijk te beoordelen was, om te zetten in gemakkelijk toegankelijke en nauwkeurigere gegevens. In 2011 bracht de oprichter en durfkapitalist van Netscape een zeer creatieve en reeds gerealiseerde visie naar voren: 'Software eet de wereld op.' Als je 'software' in een zin vervangt door 'ultraonische sensor', geldt tot op de dag van vandaag hetzelfde argument.

Van smartphones tot slimme spraakapparaten, van energieplatforms tot industriële apparatuur, sensoren zijn van nature 'beschikbaar' als verlengstukken die mensen met machines, de mens zelf en de natuurlijke omgeving verbinden. Met de ontwikkeling van sensoren en aanverwante hardware- en softwaretechnologieën zoals gegevensopslag, energieopslag, nieuwe materialen en netwerkinfrastructuur, evenals de voortdurende daling van de kosten, Toepassingsscenario's voor ultrasone flowtransducers zullen steeds overvloediger worden.

Er wordt voorspeld dat er in 2020 wereldwijd 300 miljard sensoren in ons dagelijks leven zullen zijn, dat de marktomvang 10,5 miljard dollar zal bedragen en dat de marktomvang van printbare flexibele sensoren 7,3 miljard dollar zal bereiken.

Wat zijn tegenwoordig de toepassingen van ultrasone sensoren? Welke evolutie zullen sensoren in de toekomst, en zelfs de komende vijftig jaar, ondergaan en hoe zullen ze de wereld veranderen?

1. Tegenwoordig overal sensoren

Van consumentenelektronica tot landbouw, van transport tot gezondheidszorg, van energie tot ruimtevaart, van industrie tot stadsbeheer: sensoren zijn diep geïntegreerd in de menselijke productie en het leven.

1. Consumentenelektronica

Op het gebied van consumentenelektronica blijven de functionele eisen van mensen steeds hoger worden op maat gemaakte ultrasone transducersensoren zijn geïntegreerd in verschillende producten. Een smartphone is bijvoorbeeld uitgerust met meer dan tien sensoren, zoals een lichtsensor, afstandssensor, zwaartekrachtsensor, gyroscoop, GPS, vingerafdruksensor enzovoort.

2. Landbouw

Op landbouwgebied kunnen we via ultrasone sensoren die op dieren of in boerderijgebouwen zijn geïnstalleerd de diergezondheid en verschillende risico's in realtime monitoren om dierziekten en -sterfte tot een minimum te beperken en de productiviteit en vruchtbaarheid te verhogen. Via sensoren in het veld kunnen we de weer- en bodemgegevens nauwkeurig begrijpen om zo het beste tijdstip voor planten, irrigatie, bemesting en oogsten te bepalen.

3. Architectuur

In intelligente gebouwen kunnen ultrasone sensoren de luchtkwaliteit, lichtintensiteit, rookconcentratie, temperatuurveranderingen en andere gegevens in het gebouw in realtime monitoren, waardoor we de luchtkwaliteit binnenshuis beter kunnen beheren, het energieverbruik kunnen verminderen en de woon- en werkomgeving kunnen verbeteren.

4. Gezondheidszorg

In de gezondheidszorg kan de ultrasone sensor worden gebruikt voor het beheer van medicijnen en levensstijlen van patiënten met chronische ziekten zoals diabetes en hoge bloeddruk. Het kan kinderen of zorgverleners ook helpen ouderen met de ziekte van Alzheimer en andere ziekten in realtime te volgen. Wanneer er afwijkingen worden geconstateerd, kunt u direct medische hulp zoeken of de hulpdiensten bellen.

Via een ultrasone sensor kan de arts op afstand de hartslag, bloeddruk, bloedsuikerspiegel, elektrocardiogram en andere gezondheidsindicatoren van de patiënt controleren, en kan hij elektronische pillen slikken om de medicatie en behandeling van de patiënt te begrijpen en tijdig advies te geven. Over het algemeen kunnen sensoren de ziekenhuiskosten verlagen, de medische kwaliteit verbeteren en de frequentie van dure spoedopnamekosten en ziekenhuisopnamekosten verminderen.

5. Stadsbeheer

Voor stadsbeheerafdelingen kunnen ultrasone sensoren managers helpen de werking van ondergrondse lijnen en apparatuur zoals gas, elektriciteit, water, riolering, enz. te begrijpen. Ze kunnen wegvoertuigen en voetgangersstromen in realtime monitoren en transportstrategieën op tijd aanpassen om verkeersopstoppingen te verminderen; u kunt zien waar automobilisten gratis parkeerplaatsen hebben om onnodig tijdverlies te voorkomen en de CO2-uitstoot te verminderen; ze kunnen zelfs de uitbraak en verspreiding van ziekten detecteren en volgen.

6. Overige velden

Zonder ultrasone sensoren zou er geen internet der dingen en geen Industrie 4.0 zijn. Op het gebied van de industrie, de energiesector, het leger, enz. kunnen sensoren voorspellend onderhoud van apparatuur realiseren. Door de door ultrasone sensoren verzamelde gegevens te analyseren, kunnen ze reageren op potentiële problemen, waardoor de kosten van uitval van apparatuur tot een minimum worden beperkt.

Ten tweede: een spannendere toekomst

In de toekomst zullen ultrasone sensoren kleiner, goedkoper, nauwkeuriger, flexibeler, energiezuiniger en milieuvriendelijker worden, in staat zijn meer soorten gegevens te verzamelen en steeds meer nieuwe technologieën te integreren.

1. Kleiner en goedkoper

Met de toepassing van verschillende nieuwe platforms en nieuwe materialen kunnen fabrikanten kleinere ultrasone sensoren vervaardigen waarvan de prestaties zo hoog kunnen zijn als elektronische componenten op millimeter- en microgolfniveau, en met de toepassing van minder silicium zullen de kosten aanzienlijk worden verlaagd. Tegelijkertijd zal het nieuwe platform ook de ontwerp-, ontwikkelings- en productiekosten van sensoren verlagen. Op de lange termijn zijn zelfkalibrerende ultrasoonsensoren zeer kosteneffectief. Door automatische kalibratie kunnen het aantal en de tijd van sensoronderhoud worden verminderd en kunnen de onderhoudskosten aanzienlijk worden verlaagd. Bovendien zullen zelfherstellende sensoren een breder toepassingsgebied hebben en lagere onderhoudskosten, vooral bij verschillende rampen en risico's.

2. Hogere nauwkeurigheid

Momenteel staat het onderzoek naar coöperatieve spectrumdetectie via meerdere kanalen nog in de kinderschoenen. Als de technologie in de toekomst volwassen is, zal deze nauwkeurigere monitoringgegevens opleveren dan de huidige eenkanaalssensoren.

Nauwkeurigere, betrouwbaardere en reproduceerbare ultrasone sensoren zullen meer toepassingsscenario's hebben in medische apparatuur en andere gebieden, en de functies die ze vervullen zijn ook krachtiger.

3. Flexibeler en flexibeler

Flexibele sensoren zijn een belangrijke richting voor de toekomstige sensorontwikkeling. Momenteel bevinden flexibele lichtsensoren, PH-sensoren, ionensensoren en biosensoren zich nog in de beginfase van de ontwikkeling. In de toekomst zullen deze flexibele sensoren meer innovatieve toepassingen hebben, zoals kunsthuid, draagbare sensoren en micro-bewegingsdetectie.

Door middel van microwire-technologie en een magnetisch veld kan de ultrasone sensor zo slank als haar en elastisch zijn, zonder voeding, die temperatuur, druk, spanning, stress, torsie en positie contactloos kan meten.

4. Betere perceptie en meer data

Toekomstige sensoren zullen menselijke zintuigen effectiever nabootsen om complexe signalen, zoals biologische gevaren, geuren, materiaaldruk, ziekteverwekkers en corrosie, te detecteren, verwerken en analyseren. Deze geavanceerde ultrasone sensoren kunnen bijvoorbeeld niet alleen een groot aantal afzonderlijke analyten (zoals kooldioxide) waarnemen, maar ook elk onderdeel van de geur ontcijferen. Bovendien is Intelligent Dust een microscopische sensor aangedreven door trillingen, die verschillende situaties kan monitoren, zoals slagvelden, hoge gebouwen of verstopte slagaders.

5. Meer medische toepassingen

Momenteel worden veel gezondheidsgerelateerde sensoren voornamelijk gebruikt op het gebied van entertainment en lifestyle, en hun functies kunnen niet voldoen aan de eisen van medische kwaliteit. In de toekomst zullen meer sensoren van medische kwaliteit strenge wettelijke goedkeuringen doorstaan ​​en medische toepassingen realiseren.

Met de miniaturisering van laboratoriumsystemen zal de ontwikkeling van opkomende technologieën voor de perceptie van biologische gevaren worden versneld, en zullen ultrasone sensoren echte medische apparaten worden in plaats van eenvoudige levens- en amusementstoepassingen. Medische tests zullen eenvoudiger zijn. Eén testinstrument kan meer stoffen analyseren en de noodzaak voor het testen van monsters verminderen. Gezondheidstesten kunnen bijvoorbeeld worden uitgevoerd via lichaamsvloeistoffen zoals zweet en tranen.

Slikbare pillen zijn een toepassing van miniaturisatie van laboratoriumsystemen. Veel startups op het gebied van gezondheidstechnologie hebben bijvoorbeeld sensoren gebruikt ter vervanging van traditionele endoscopie om de pijn van patiënten te verminderen. Er zijn ook enkele slikbare of implanteerbare pillen ontwikkeld door technologiebedrijven die gedurende lange tijd continu in het lichaam kunnen worden toegediend, waardoor de dagelijkse behandeling van patiënten gemakkelijker wordt.

6. Meer energiebesparing

Momenteel zijn de meeste ultrasoonsensoren niet erg energiezuinig omdat ze altijd aan staan. In de toekomst zullen sensoren slimmer worden en worden aangestuurd door specifieke omstandigheden, en kunnen ze alleen worden geactiveerd wanneer een bepaalde toestand wordt bereikt, en wanneer ze in de standby-modus staan, is er vrijwel geen stroomverbruik.

Bovendien kan de ultrasone sensor ook energie uit de omgeving halen om een ​​langere werking te bereiken. Lichaamsbeweging, druk, licht of het verschil tussen de lichaamswarmte van de patiënt en de omringende lucht kunnen bijvoorbeeld de energiebron van de sensor zijn.

7. Milieuvriendelijker

In de toekomst zullen milieuvriendelijke en biologisch afbreekbare ultrasone sensoren steeds populairder worden. De ultrasone sensor kan bijvoorbeeld een door bacteriën aangedreven, afbreekbare, op papier gebaseerde batterij zijn. Een dergelijke ultrasone sensor kan worden gebruikt op gebieden zoals landbouwgrondbeheer, milieumonitoring, monitoring van de voedselcirculatie of medische tests zonder het milieu te vervuilen.

8. Hogere complexiteit en betere compatibiliteit

Door de werkzaamheden te coördineren, kunnen de ultrasone transducersensor zal extra complexiteit krijgen. Sensorclusters kunnen via een autonoom leersysteem de werkzaamheden tussen sensoren beter coördineren en de inhoud en locatie van werkzaamheden bepalen. Daarnaast zal de adoptie van diverse nieuwe technologieën de ultrasone sensor ook diverser maken. Via lasertechnologie kan de ultrasone sensor bijvoorbeeld de materiaalsamenstelling identificeren via het unieke spectrum van het materiaal; de time-of-flight-sensor kan de afstand tussen twee objecten meten via infraroodlichtpulsen; gemaakt van pzt-materialen zoals piëzo-kristallen, speciaal keramiek, botten, DNA, eiwitten enz. Piëzo-sensoren kunnen beter reageren op externe druk en latente warmte.

In de toekomst zullen ontwikkelingen in verschillende basiswetenschappen de snelle evolutie van sensortechnologie verder bevorderen. De ultrasone sensor zal geminiaturiseerder en gebruiksvriendelijker worden, en de interactie tussen mens en computer zal vriendelijker zijn; tegelijkertijd zullen ze onzichtbaarder en minder opvallend worden. Naarmate ultrasone sensoren dieper worden geïntegreerd in ons dagelijks leven, evenals de integratie met nieuwe technologieën zoals AI, zullen ultrasone sensoren in de toekomstige onderling verbonden en geautomatiseerde wereld ons leven beter maken.