Hur ultraljudssensorer kommer att förändra världen under de kommande 50 åren

Sedan sensorns födelse har ultraljudssensorn blivit den viktigaste infrastrukturen i det digitala samhället eftersom den kan hjälpa människor att omvandla information som en gång var okänd och svår att bedöma till lättillgänglig och mer korrekt data. År 2011, grundaren och riskkapitalisten av Netscape, lade den fram en mycket kreativ och redan realiserad syn: 'Programvaran äter upp världen.' Till denna dag, om du ersätter 'mjukvara' med 'ultraonisk sensor' i en mening, gäller samma argument.

Från smarta telefoner till smarta röstenheter, från energiplattformar till industriell utrustning, sensorer 'tillgängliga' naturligt som de förlängningsorgan som förbinder människor med maskiner, människorna själva och den naturliga miljön. Med utvecklingen av sensorer och relaterad hårdvaru- och mjukvaruteknik som datalagring, energilagring, nya material och nätverksinfrastruktur, såväl som den kontinuerliga kostnadsminskningen, ultraljudsflödesgivare kommer att bli fler och fler. Användningsscenarier för

Det förutspås att år 2020 kommer det att finnas 300 miljarder sensorer i vårt dagliga liv över hela världen, marknadsstorleken kommer att nå 10,5 miljarder US-dollar och marknadsstorleken för utskrivbara flexibla sensorer kommer att nå 7,3 miljarder US-dollar.

Så, vad är användningen av ultraljudssensorer idag? Vilken typ av evolution kommer sensorer att genomgå i framtiden, och även under de kommande 50 åren, och hur kommer de att förändra världen?

1. Sensorer överallt idag

Från hemelektronik till jordbruk, från transport till medicin, från energi till flyg, från industri till stadsförvaltning, sensorer har integrerats djupt i mänsklig produktion och livet.

1. Konsumentelektronik

När det gäller hemelektronik fortsätter människor att öka sina funktionella krav, mer och mer anpassade ultraljudsgivare är integrerade i olika produkter. Till exempel är en smart telefon utrustad med mer än tio sensorer som ljussensor, avståndssensor, gravitationssensor, gyroskop, GPS, fingeravtryckssensor och så vidare.

2. Jordbruk

Inom jordbruket kan vi, genom ultraljudssensorer installerade på djur eller i jordbruksbyggnader, övervaka djurs hälsa och olika risker i realtid för att minimera djursjukdomar och dödlighet samt öka produktiviteten och fertiliteten. Genom sensorer i fält kan vi noggrant förstå väder- och markdata för att bestämma den bästa tiden för plantering, bevattning, gödsling och skörd.

3. Arkitektur

I intelligenta byggnader kan ultraljudssensorer övervaka luftkvaliteten, ljusintensiteten, rökkoncentrationen, temperaturförändringar och andra data i byggnaden i realtid, vilket gör att vi bättre kan hantera inomhusluftens kvalitet, minska energiförbrukningen och förbättra boende- och arbetsmiljöer.

4. Sjukvård

Inom sjukvården kan ultraljudssensorn användas för hantering av läkemedel och livsstilar för patienter med kroniska sjukdomar som diabetes och högt blodtryck. Det kan också hjälpa barn eller vårdgivare att övervaka äldre med Alzheimers sjukdom och andra sjukdomar i realtid. När avvikelser upptäcks kan du omedelbart söka medicinsk hjälp eller ringa räddningstjänst.

Genom ultraljudssensor kan läkaren fjärrövervaka patientens hjärtfrekvens, blodtryck, blodsocker, elektrokardiogram och andra hälsoindikatorer, och kan ta elektroniska piller för att förstå patientens medicinering och behandling och ge råd i tid. Generellt sett kan sensorer minska sjukhuskostnaderna, förbättra den medicinska kvaliteten och minska frekvensen av dyra akutinläggningskostnader och sjukhusvårdskostnader.

5. Stadsledning

För stadsförvaltningsavdelningar kan ultraljudssensorer hjälpa chefer att förstå driften av underjordiska linjer och utrustning såsom gas, elektricitet, vatten, avlopp, etc. de kan övervaka vägfordon och fotgängarflöden i realtid, och justera transportstrategier i tid för att minska trafikstockningarna; du kan se var bilförare har gratis parkeringsplatser för att undvika onödigt slöseri med tid och minska koldioxidutsläppen; de kan till och med upptäcka och spåra utbrott och spridning av sjukdomar.

6. Övriga fält

Utan ultraljudssensorer skulle det inte finnas något Internet of Things och ingen Industry 4.0. Inom områdena industri, energi, militär, etc., kan sensorer åstadkomma förutsägande underhåll av utrustning. Genom att analysera data som samlas in av ultraljudssensorer kan de reagera på potentiella problem och därigenom minimera kostnaderna för utrustningens stilleståndstid.

För det andra, en mer spännande framtid

I framtiden kommer ultraljudssensorer att bli mindre, billigare, mer exakta, mer flexibla, mer energieffektiva och mer miljövänliga, kapabla att samla in fler typer av data och integrera fler och fler ny teknik.

1. Mindre och billigare

Med tillämpningen av olika nya plattformar och nya material kan tillverkare tillverka mindre ultraljudssensorer vars prestanda kan vara så hög som elektroniska komponenter på millimeternivå och mikrovågsnivå, och med användning av mindre kisel kommer kostnaden att minska avsevärt. Samtidigt kommer den nya plattformen också att minska sensordesign, utveckling och tillverkningskostnader. På lång sikt är självkalibrerande ultraljudssensorer mycket kostnadseffektiva. Genom automatisk kalibrering kan antalet och tiden för sensorunderhåll reduceras och underhållskostnaden kan reduceras avsevärt. Dessutom kommer självläkande sensorer att ha ett bredare användningsområde och lägre underhållskostnader, särskilt vid olika katastrofer och risker.

2. Högre noggrannhet

För närvarande är forskningen om flerkanalig kooperativ spektrumavkänning fortfarande i sin linda. I framtiden, när tekniken väl är mogen, kommer den att ge mer exakta övervakningsdata än nuvarande enkanalssensorer.

Mer exakta, tillförlitliga och reproducerbara ultraljudssensorer kommer att ha fler tillämpningsscenarier inom medicinsk utrustning och andra områden, och de funktioner de uppnår är också mer kraftfulla.

3. Mer flexibel och mer flexibel

Flexibla sensorer är en viktig riktning för framtida sensorutveckling. För närvarande är flexibla ljussensorer, PH-sensorer, jonsensorer och biosensorer fortfarande i det tidiga utvecklingsstadiet. I framtiden kommer dessa flexibla sensorer att ha mer innovativa tillämpningar, såsom konstgjord hud, bärbara sensorer och mikrorörelseavkänning.

Genom mikrotrådsteknik och magnetfält kan ultraljudssensorn vara lika smal som hår och elastisk, utan strömförsörjning, som kan mäta temperatur, tryck, spänning, stress, vridning och position utan kontakt.

4. Bättre uppfattning och mer data

Framtida sensorer kommer mer effektivt att efterlikna mänskliga sinnen för att upptäcka, bearbeta och analysera komplexa signaler, såsom biologiska faror, lukter, materialtryck, patogener och korrosion. Till exempel kan dessa avancerade ultraljudssensorer inte bara känna av ett stort antal enskilda analyter (som koldioxid), utan också dechiffrera varje komponent i lukten. Dessutom är intelligent damm en mikroskopisk sensor som drivs av vibrationer, som kan övervaka olika situationer som slagfält, höghus eller igensatta artärer.

5. Fler medicinska tillämpningar

För närvarande används många hälsorelaterade sensorer främst inom underhållnings- och livsstilsområdet, och deras funktioner kan inte uppfylla kraven på medicinsk kvalitet. I framtiden kommer fler sensorer av medicinsk kvalitet att klara strikta regulatoriska godkännanden och förverkliga medicinska tillämpningar.

Med miniatyriseringen av laboratoriesystem kommer utvecklingen av framväxande teknologier för att uppfatta biologiska faror att påskyndas, och ultraljudssensorer kommer att bli verkliga apparater av medicinsk kvalitet snarare än enkla användningsområden för liv och underhållning. Medicinska tester kommer att bli lättare. Ett testinstrument kan analysera fler ämnen och minska behovet av testprover. Till exempel kan hälsotestning genomföras genom kroppsvätskor som svett och tårar.

Sväljbara piller är en tillämpning av miniatyrisering av laboratoriesystem. Till exempel har många nystartade hälsoteknologiska företag använt sensorer för att ersätta traditionell endoskopi för att minska patientens smärta. Det finns också några sväljbara eller implanterbara piller utvecklade av teknikföretag som kontinuerligt kan administreras i kroppen under lång tid, vilket gör den dagliga behandlingen av patienter lättare.

6. Mer energibesparing

För närvarande är de flesta ultraljudssensorer inte särskilt energieffektiva eftersom de alltid är på. I framtiden kommer sensorer att bli smartare och drivna av specifika förhållanden, och kan bara aktiveras när ett visst tillstånd uppnås, och när de är i standby-läge finns det nästan ingen strömförbrukning.

Dessutom kan ultraljudssensorn också hämta energi från den omgivande miljön för att uppnå längre drift. Till exempel kan träning, tryck, ljus eller skillnaden mellan värmen från patientens kropp och den omgivande luften vara sensorns energikälla.

7. Miljövänligare

I framtiden kommer miljövänliga och biologiskt nedbrytbara ultraljudssensorer att bli allt mer populära. Ultraljudssensorn kan till exempel vara ett bakteriedrivet, nedbrytbart pappersbaserat batteri. En sådan ultraljudssensor kan användas inom områden som förvaltning av jordbruksmark, miljöövervakning, övervakning av livsmedelscirkulationen eller medicinska tester utan att förorena miljön.

8. Högre komplexitet och bättre kompatibilitet

Genom att samordna arbetet ultraljudsgivaren kommer att få ytterligare komplexitet. Sensorkluster kan bättre koordinera arbetet mellan sensorer och bestämma innehållet och platsen för arbetet genom ett autonomt inlärningssystem. Dessutom kommer antagandet av olika nya teknologier också att göra ultraljudssensorn mer mångsidig. Till exempel kan ultraljudssensorn genom laserteknik identifiera materialsammansättningen genom materialets unika spektrum; flygtidssensorn kan mäta avståndet mellan två objekt genom infraröda ljuspulser; gjorda av pzt-material som piezokristaller, specialkeramik, ben, DNA, proteiner etc. Piezosensorer kan bättre svara på yttre tryck och latent värme.

I framtiden kommer framsteg inom olika grundläggande vetenskaper att ytterligare främja den snabba utvecklingen av sensorteknologi. Ultraljudssensorn kommer att bli mer miniatyriserad och användarvänlig, och interaktion mellan människa och dator kommer att bli mer vänlig; samtidigt kommer de att bli mer osynliga och mindre märkbara. Eftersom ultraljudssensorer är djupare integrerade i vårt dagliga liv, såväl som integration med ny teknik som AI, i framtiden sammankopplade och automatiserade värld, kommer ultraljudssensorer att göra våra liv bättre.