Як ультразвукові датчики змінять світ у найближчі 50 років

З моменту народження датчика ультразвуковий датчик став найважливішою інфраструктурою в цифровому суспільстві, оскільки він може допомогти людям перетворити інформацію, яка колись була невідома та яку важко оцінити, у легкодоступні та точніші дані. У 2011 році засновник і венчурний капіталіст Netscape висунув дуже креативний і вже реалізований погляд: 'Програмне забезпечення пожирає світ'. Донині, якщо ви заміните 'програмне забезпечення' на 'ультразвуковий датчик' у реченні, той самий аргумент застосовується.

Від смартфонів до інтелектуальних голосових пристроїв, від енергетичних платформ до промислового обладнання, датчики природним чином «використовуються» як органи розширення, що з’єднують людей із машинами, самими людьми та природним середовищем. З розвитком датчиків і пов’язаних апаратних і програмних технологій, таких як зберігання даних, зберігання енергії, нові матеріали та мережева інфраструктура, а також постійне зниження витрат, сценаріїв застосування ультразвукових перетворювачів потоку ставатиме все більше і більше.

Передбачається, що до 2020 року в нашому повсякденному житті в усьому світі буде 300 мільярдів датчиків, розмір ринку сягне 10,5 мільярдів доларів США, а обсяг ринку гнучких датчиків для друку сягне 7,3 мільярдів доларів США.

Отже, для чого сьогодні використовуються ультразвукові датчики? Яку еволюцію зазнають датчики в майбутньому і навіть у наступні 50 років і як вони змінять світ?

1. Датчики сьогодні всюди

Від споживчої електроніки до сільського господарства, від транспорту до медицини, від енергетики до аерокосмічної галузі, від промисловості до управління містом, датчики глибоко інтегровані у виробництво та життя людини.

1. Побутова електроніка

У сфері споживчої електроніки люди все більше збільшують свої функціональні потреби призначений для користувача датчик ультразвукового перетворювача інтегрований у різні продукти. Наприклад, смартфон оснащений більш ніж десятьма датчиками, такими як датчик світла, датчик відстані, гравітації, гіроскоп, GPS, датчик відбитків пальців і так далі.

2. Сільське господарство

У сільськогосподарській галузі за допомогою ультразвукових датчиків, встановлених на тваринах або в господарських будівлях, ми можемо контролювати здоров’я тварин і різні ризики в режимі реального часу, щоб мінімізувати захворювання тварин і смертність, а також підвищити продуктивність і плодючість. Завдяки датчикам у полі ми можемо точно зрозуміти погодні умови та дані про ґрунт, щоб визначити найкращий час для посіву, поливу, удобрення та збору врожаю.

3. Архітектура

В інтелектуальних будівлях ультразвукові датчики можуть контролювати якість повітря, інтенсивність світла, концентрацію диму, зміни температури та інші дані в будівлі в режимі реального часу, дозволяючи нам краще керувати якістю повітря в приміщенні, зменшувати споживання енергії та покращувати умови проживання та роботи.

4. Охорона здоров'я

В охороні здоров'я ультразвуковий датчик можна використовувати для контролю за прийомом ліків і способом життя пацієнтів з хронічними захворюваннями, такими як діабет і високий кров'яний тиск. Це також може допомогти дітям або опікунам стежити за людьми похилого віку з хворобою Альцгеймера та іншими хворобами в режимі реального часу. При виявленні відхилень можна негайно звернутися за медичною допомогою або викликати швидку допомогу.

За допомогою ультразвукового датчика лікар може дистанційно контролювати частоту серцевих скорочень пацієнта, артеріальний тиск, рівень цукру в крові, електрокардіограму та інші показники здоров’я, а також може приймати електронні таблетки, щоб зрозуміти ліки та лікування пацієнта та надати своєчасну пораду. Загалом датчики можуть зменшити витрати на лікарняні, покращити якість лікування та зменшити частоту дорогих витрат на екстрену госпіталізацію та госпіталізацію.

5. Управління містом

Для департаментів міського управління ультразвукові датчики можуть допомогти менеджерам зрозуміти роботу підземних ліній та обладнання, такого як газ, електрика, вода, каналізація тощо. Вони можуть контролювати дорожні транспортні засоби та пішохідні потоки в режимі реального часу та вчасно коригувати транспортні стратегії, щоб зменшити затори на дорогах; ви можете сказати, де у водіїв автомобілів є вільні місця для паркування, щоб уникнути непотрібної втрати часу та зменшити викиди вуглецю; вони можуть навіть виявляти та відстежувати спалахи та поширення захворювань.

6. Інші поля

Без ультразвукових датчиків не було б Інтернету речей і Індустрії 4.0. У галузях промисловості, енергетики, військових і т.д. датчики можуть досягти прогнозного обслуговування обладнання. Аналізуючи дані, зібрані ультразвуковими датчиками, вони можуть реагувати на потенційні проблеми, тим самим мінімізуючи вартість простою обладнання.

По-друге, більш захоплююче майбутнє

У майбутньому ультразвукові датчики стануть меншими, дешевшими, точнішими, гнучкішими, енергоефективнішими та екологічно чистішими, здатними збирати більше типів даних та інтегрувати все більше нових технологій.

1. Менший і дешевший

Застосовуючи різні нові платформи та нові матеріали, виробники можуть виготовляти менші ультразвукові датчики, продуктивність яких може досягати міліметрового рівня та електронних компонентів мікрохвильового рівня, а із застосуванням меншої кількості кремнію вартість буде суттєво знижена. У той же час нова платформа також зменшить витрати на дизайн, розробку та виробництво датчиків. У довгостроковій перспективі ультразвукові датчики з самокалібруванням є дуже економічно ефективними. За допомогою автоматичного калібрування можна зменшити кількість і час обслуговування датчика, а також значно знизити вартість обслуговування. Крім того, самовідновлювальні датчики матимуть ширший спектр застосування та менші витрати на обслуговування, особливо у разі різноманітних катастроф і ризиків.

2. Більш висока точність

В даний час дослідження багатоканального кооперативного зондування спектру все ще знаходяться в зародковому стані. У майбутньому, коли технологія стане зрілою, вона забезпечуватиме більш точні дані моніторингу, ніж поточні одноканальні датчики.

Більш точні, надійні та відтворювані ультразвукові датчики матимуть більше сценаріїв застосування в медичному обладнанні та інших галузях, а функції, які вони забезпечують, також є більш потужними.

3. Більш гнучкий і більш гнучкий

Гнучкі датчики є важливим напрямком майбутнього розвитку датчиків. Наразі гнучкі датчики світла, датчики PH, іонні датчики та біосенсори все ще знаходяться на ранній стадії розробки. У майбутньому ці гнучкі датчики матимуть більш інноваційні застосування, такі як штучна шкіра, переносні датчики та датчики мікроруху.

Завдяки мікродротяній технології та магнітному полю ультразвуковий датчик може бути таким же тонким, як волосся, і еластичним, без джерела живлення, який може безконтактно вимірювати температуру, тиск, напругу, напругу, кручення та положення.

4. Краще сприйняття та більше даних

Майбутні датчики будуть більш ефективно імітувати органи чуття людини, щоб виявляти, обробляти та аналізувати складні сигнали, такі як біологічні небезпеки, запахи, тиск матеріалу, патогени та корозія. Наприклад, ці передові ультразвукові датчики можуть не тільки визначати велику кількість окремих аналітів (наприклад, вуглекислий газ), але й розшифровувати кожен компонент запаху. Крім того, інтелектуальний пил — це мікроскопічний датчик, що керується вібрацією, і може відстежувати різні ситуації, такі як поля битв, висотні будівлі або забиті артерії.

5. Більше медичних застосувань

Зараз багато датчиків, пов’язаних зі здоров’ям, використовуються в основному в сферах розваг і способу життя, і їх функції не відповідають вимогам медичного рівня. У майбутньому більше датчиків медичного класу проходитимуть суворе схвалення нормативних органів і застосовуватимуться в медицині.

З мініатюризацією лабораторних систем розробка нових технологій для сприйняття біологічної небезпеки прискориться, а ультразвукові датчики стануть справжніми пристроями медичного класу, а не простим використанням у житті та розвазі. Медичне обстеження стане легшим. Один прилад для тестування може аналізувати більше речовин і зменшити потребу в зразках для тестування. Наприклад, перевірку здоров’я можна провести за допомогою рідин організму, таких як піт і сльози.

Таблетки для ковтання – це застосування мініатюризації лабораторних систем. Наприклад, багато стартапів, що займаються технологіями охорони здоров’я, замінили традиційну ендоскопію датчиками, щоб зменшити біль у пацієнтів. Існують також деякі таблетки для ковтання або імплантації, розроблені технологічними компаніями, які можна постійно вводити в організм протягом тривалого часу, полегшуючи щоденне лікування пацієнтів.

6. Більше енергозбереження

Зараз більшість ультразвукових датчиків не дуже енергоефективні, оскільки вони постійно ввімкнені. У майбутньому датчики стануть розумнішими та керуватимуться конкретними умовами, і їх можна буде активувати лише при досягненні певних умов, а коли вони перебувають у режимі очікування, енергоспоживання майже не споживається.

Крім того, ультразвуковий датчик також може отримувати енергію з навколишнього середовища, щоб забезпечити більш тривалу роботу. Наприклад, джерелом енергії датчика може бути фізичне навантаження, тиск, світло або різниця між теплом тіла пацієнта та навколишнього повітря.

7. Більш екологічний

У майбутньому екологічно чисті та біологічно розкладані ультразвукові датчики ставатимуть дедалі популярнішими. Наприклад, ультразвуковий датчик може бути паперовою батареєю, що розкладається бактеріями. Такий ультразвуковий датчик можна використовувати в таких сферах, як управління сільськогосподарськими угіддями, моніторинг навколишнього середовища, моніторинг обігу харчових продуктів або медичне тестування, не забруднюючи навколишнє середовище.

8. Вища складність і краща сумісність

Координуючи роботу, в датчик ультразвукового перетворювача придбає додаткову складність. Кластери датчиків можуть краще координувати роботу між датчиками та визначати зміст і місце роботи за допомогою автономної системи навчання. Крім того, впровадження різних нових технологій також зробить ультразвуковий датчик більш різноманітним. Наприклад, завдяки лазерній технології ультразвуковий датчик може ідентифікувати склад матеріалу за унікальним спектром матеріалу; датчик часу прольоту може вимірювати відстань між двома об'єктами за допомогою інфрачервоних світлових імпульсів; виготовлені з матеріалів pzt, таких як п’єзокристали, спеціальна кераміка, кістки, ДНК, білки тощо. П’єзодатчики можуть краще реагувати на зовнішній тиск і приховане тепло.

У майбутньому досягнення в різних фундаментальних науках сприятимуть швидкому розвитку сенсорних технологій. Ультразвуковий датчик стане більш мініатюрним і зручним для користувача, а взаємодія людини з комп’ютером стане більш дружньою; при цьому вони стануть більш непомітними і менш помітними. Оскільки ультразвуковий датчик все глибше інтегрується в наше повсякденне життя, а також інтеграція з новими технологіями, такими як ШІ, у майбутньому взаємопов’язаному та автоматизованому світі ультразвуковий датчик зробить наше життя кращим.