Hvordan ultralydsensorer vil forandre verden de neste 50 årene

Siden sensorens fødsel har ultralydsensoren blitt den viktigste infrastrukturen i det digitale samfunnet fordi den kan hjelpe mennesker å gjøre informasjon som en gang var ukjent og vanskelig å bedømme til lett tilgjengelige og mer nøyaktige data. I 2011, grunnleggeren og venturekapitalisten av Netscape, la den frem et veldig kreativt og allerede realisert syn: 'Programvare spiser verden.' Til i dag, hvis du erstatter 'programvare' med 'ultraonisk sensor' i en setning, gjelder det samme argumentet.

Fra smarttelefoner til smarte taleenheter, fra energiplattformer til industrielt utstyr, sensorer 'tilgjengelig' naturlig som forlengelsesorganene som forbinder mennesker med maskiner, mennesker selv og det naturlige miljøet. Med utviklingen av sensorer og relaterte maskinvare- og programvareteknologier som datalagring, energilagring, nye materialer og nettverksinfrastruktur, samt den kontinuerlige kostnadsnedgangen, ultralydstrømstransdusere vil bli mer og mer rikelig. Bruksscenarier for

Det er spådd at innen 2020 vil det være 300 milliarder sensorer i vårt daglige liv over hele verden, markedsstørrelsen vil nå 10,5 milliarder amerikanske dollar, og markedsstørrelsen for utskrivbare fleksible sensorer vil nå 7,3 milliarder amerikanske dollar.

Så, hva er bruken av ultralydsensorer i dag? I fremtiden, og selv i de neste 50 årene, hva slags evolusjon vil sensorer gjennomgå og hvordan vil de forandre verden?

1. Sensorer overalt i dag

Fra forbrukerelektronikk til landbruk, fra transport til medisinsk, fra energi til romfart, fra industri til byadministrasjon, sensorer har blitt dypt integrert i menneskelig produksjon og liv.

1. Forbrukerelektronikk

Når det gjelder forbrukerelektronikk, fortsetter mennesker å øke sine funksjonelle krav, mer og mer tilpasset ultrasonisk transdusersensor er integrert i ulike produkter. For eksempel er en smarttelefon utstyrt med mer enn ti sensorer som lyssensor, avstandssensor, gravitasjonssensor, gyroskop, GPS, fingeravtrykksensor og så videre.

2. Landbruk

I landbruket kan vi gjennom ultralydsensorer installert på dyr eller i driftsbygninger overvåke dyrehelse og ulike risikoer i sanntid for å minimere dyresykdommer og dødelighet, og øke produktiviteten og fruktbarheten. Gjennom sensorer i feltet kan vi nøyaktig forstå vær- og jorddata for å bestemme det beste tidspunktet for planting, vanning, gjødsling og høsting.

3. Arkitektur

I intelligente bygninger kan ultralydsensorer overvåke luftkvaliteten, lysintensiteten, røykkonsentrasjonen, temperaturendringer og andre data i bygningen i sanntid, slik at vi bedre kan håndtere inneluftkvaliteten, redusere energiforbruket og forbedre bo- og arbeidsmiljøene.

4. Helsetjenester

I helsevesenet kan ultralydsensoren brukes til behandling av legemidler og livsstil hos pasienter med kroniske sykdommer som diabetes og høyt blodtrykk. Det kan også hjelpe barn eller omsorgspersoner å overvåke eldre med Alzheimers sykdom og andre sykdommer i sanntid. Når det oppdages avvik, kan du umiddelbart søke medisinsk hjelp eller ringe nødetatene.

Gjennom ultralydsensor kan legen fjernovervåke pasientens hjertefrekvens, blodtrykk, blodsukker, elektrokardiogram og andre helseindikatorer, og kan ta elektroniske piller for å forstå pasientens medisinering og behandling, og gi rettidige råd. Generelt kan sensorer redusere sykehuskostnadene, forbedre medisinsk kvalitet og redusere hyppigheten av dyre akuttinnleggelseskostnader og sykehusinnleggelseskostnader.

5. Bydrift

For byadministrasjonsavdelinger kan ultralydsensorer hjelpe ledere til å forstå driften av underjordiske linjer og utstyr som gass, elektrisitet, vann, kloakk osv. de kan overvåke veikjøretøyer og fotgjengerstrømmer i sanntid, og justere transportstrategier i tide for å redusere trafikkbelastningen; du kan se hvor bilførere har gratis parkeringsplasser for å unngå unødvendig sløsing med tid og redusere karbonutslipp; de kan til og med oppdage og spore utbrudd og spredning av sykdommer.

6. Andre felt

Uten ultralydsensorer ville det ikke vært noe internett av tingene og ingen industri 4.0. Innenfor industri, energi, militær osv. kan sensorer oppnå prediktivt vedlikehold av utstyr. Ved å analysere dataene som samles inn av ultralydsensorer, kan de svare på potensielle problemer, og dermed minimere kostnadene for utstyrsstans.

For det andre en mer spennende fremtid

I fremtiden vil ultralydsensorer bli mindre, billigere, mer nøyaktige, mer fleksible, mer energieffektive og mer miljøvennlige, i stand til å samle inn flere typer data og integrere flere og flere nye teknologier.

1. Mindre og billigere

Med bruk av forskjellige nye plattformer og nye materialer, kan produsenter produsere mindre ultralydsensorer hvis ytelse kan være så høy som elektroniske komponenter på millimeternivå og mikrobølgenivå, og med bruk av mindre silisium vil kostnadene reduseres betydelig. Samtidig vil den nye plattformen også redusere sensordesign, utvikling og produksjonskostnader. I det lange løp er selvkalibrerende ultralydsensorer svært kostnadseffektive. Gjennom automatisk kalibrering kan antall og tid for sensorvedlikehold reduseres, og vedlikeholdskostnadene kan reduseres kraftig. I tillegg vil selvhelbredende sensorer ha et bredere bruksområde og lavere vedlikeholdskostnader, spesielt ved ulike katastrofer og risikoer.

2. Høyere nøyaktighet

Foreløpig er forskningen på flerkanals samarbeidende spektrumsensor fortsatt i sin spede begynnelse. I fremtiden, når teknologien er moden, vil den gi mer nøyaktige overvåkingsdata enn nåværende enkanalssensorer.

Mer nøyaktige, pålitelige og reproduserbare ultralydsensorer vil ha flere bruksscenarier innen medisinsk utstyr og andre felt, og funksjonene de oppnår er også kraftigere.

3. Mer fleksibel og mer fleksibel

Fleksible sensorer er en viktig retning for fremtidig sensorutvikling. For tiden er fleksible lyssensorer, PH-sensorer, ionesensorer og biosensorer fortsatt i et tidlig utviklingsstadium. I fremtiden vil disse fleksible sensorene ha mer innovative applikasjoner, som kunstig hud, bærbare sensorer og mikrobevegelsessensorer.

Gjennom mikrotrådteknologi og magnetfelt kan ultralydsensoren være like slank som hår og elastisk, uten strømforsyning, som kan måle temperatur, trykk, spenning, stress, vridning og posisjon uten kontakt.

4. Bedre persepsjon og mer data

Fremtidige sensorer vil mer effektivt etterligne menneskelige sanser for å oppdage, behandle og analysere komplekse signaler, som biologiske farer, lukt, materialtrykk, patogener og korrosjon. For eksempel kan disse avanserte ultralydsensorene ikke bare registrere et stort antall enkeltanalytter (som karbondioksid), men også dechiffrere hver komponent i lukten. I tillegg er intelligent støv en mikroskopisk sensor drevet av vibrasjon, som kan overvåke ulike situasjoner som slagmarker, høyhus eller tilstoppede arterier.

5. Flere medisinske applikasjoner

For tiden brukes mange helserelaterte sensorer hovedsakelig innen underholdnings- og livsstilsfeltet, og funksjonene deres kan ikke oppfylle kravene til medisinsk karakter. I fremtiden vil flere sensorer av medisinsk kvalitet bestå streng regulatorisk godkjenning og realisere medisinske applikasjoner.

Med miniatyriseringen av laboratoriesystemer vil utviklingen av nye teknologier for oppfattelse av biofarer bli akselerert, og ultralydsensorer vil bli ekte medisinske enheter i stedet for enkle bruksområder for liv og underholdning. Medisinsk testing vil være enklere. Ett testinstrument kan analysere flere stoffer og redusere behovet for testing av prøver. For eksempel kan helsetesting gjennomføres gjennom kroppsvæsker som svette og tårer.

Svelgbare piller er en applikasjon for miniatyrisering av laboratoriesystemer. For eksempel har mange oppstartsselskaper innen helseteknologi brukt sensorer for å erstatte tradisjonell endoskopi for å redusere pasientens smerte. Det finnes også noen svelgbare eller implanterbare piller utviklet av teknologiselskaper som kan administreres kontinuerlig i kroppen i lang tid, noe som gjør den daglige behandlingen av pasienter enklere.

6. Mer energisparing

Foreløpig er de fleste ultralydsensorer ikke særlig energieffektive fordi de alltid er på. I fremtiden vil sensorer bli smartere og drevet av spesifikke forhold, og kan bare aktiveres når en viss tilstand er nådd, og når de er i standby-modus er det nesten ikke strømforbruk.

I tillegg kan ultralydsensoren også hente energi fra omgivelsene for å oppnå lengre drift. For eksempel kan trening, trykk, lys eller forskjellen mellom varmen fra pasientens kropp og luften rundt være sensorens energikilde.

7. Mer miljøvennlig

I fremtiden vil miljøvennlige og biologisk nedbrytbare ultralydsensorer bli stadig mer populære. For eksempel kan ultralydsensoren være et bakteriedrevet, nedbrytbart papirbasert batteri. En slik ultralydsensor kan brukes i felt som jordbrukslandforvaltning, miljøovervåking, matsirkulasjonsovervåking eller medisinsk testing uten å forurense miljøet.

8. Høyere kompleksitet og bedre kompatibilitet

Ved å koordinere arbeidet ultrasonisk transdusersensor vil få ytterligere kompleksitet. Sensorklynger kan bedre koordinere arbeidet mellom sensorer og bestemme innholdet og plasseringen av arbeidet gjennom et autonomt læringssystem. I tillegg vil bruken av ulike nye teknologier også gjøre ultralydsensoren mer mangfoldig. For eksempel, gjennom laserteknologi, kan ultralydsensoren identifisere materialsammensetningen gjennom det unike spekteret til materialet; flytidssensoren kan måle avstanden mellom to objekter gjennom infrarøde lyspulser; laget av pzt-materialer som piezokrystaller, spesialkeramikk, bein, DNA, proteiner osv. Piezosensorer kan bedre reagere på ytre trykk og latent varme.

I fremtiden vil fremskritt innen ulike grunnleggende vitenskaper ytterligere fremme den raske utviklingen av sensorteknologi. Ultralydsensoren vil bli mer miniatyrisert og brukervennlig, og interaksjon mellom mennesker og datamaskiner vil bli mer vennlige; samtidig vil de bli mer usynlige og mindre merkbare. Ettersom ultralydsensoren er dypere integrert i hverdagen vår, samt integrering med nye teknologier som AI, i fremtidens sammenkoblede og automatiserte verden, vil ultralydsensoren gjøre livene våre bedre.