传感器的未来是什么样子的？看过就懂了
时间：2020-10-31 作者：本站
随着科技的发展和人们生活水平的不断提升，在未来，电器设备将会向更小、更节能、更环保、更便携发展。而传感器这条路会有何不同呢？作为感知变化的主要部件，传感器无疑已经成为新技术中不可或缺的器件之一！
自从传感器诞生以来，由于它能够帮助人类把曾经不可知、难以判断的信息转变成可访问、更为精确的数据，它已成为数字化社会中最重要的基础设施。传感器可以很自然地“化身”为人来连接机器，人自己，还有自然环境的延伸器官，从智能手机到智能语音设备，从能源平台到工业设备。
传感器将如何改变我们的生活？
据预测，到2020年，全球将有3000亿个传感器遍布于我们的日常生活中，市场规模将达到105亿美元，而可打印的柔性传感器的市场规模将达到73亿美元。同时，随着数百亿的数据传输设备连接到互联网上，他们会改变我们的生活和工作方式。
家庭和办公
冰箱会在牛奶洒落的时候发信息提醒我们；我们躺在床上就能够打开咖啡机……类似的很多事情都将在未来十年或十年以上实现。尽管智能家电在过去几年里一直主宰着拉斯维加斯的消费电子产品展（CES），但尚未出现任何单一产品或主导品牌。RNR市场研究公司估计去年这个市场价值200亿美元，内部人士将这个快速增长的市场描述为一个充满活力且混乱的市场。
Nest恒温器是迄今为止最具突破性的产品，尤其是在节省功耗省电方面。由于设计简洁，界面比现有的可编程温度调节器简单，并且有来自谷歌的支持（谷歌在2013年给予32亿美元的启动资金），Nest在加拿大，英国和美国一直备受关注。恒温器更多的是控制你家的能耗，而不是被你家的电器、灯具、电视机、电脑音响套装所消耗。Nest声称其设备可以通过熟悉用户的日常使用习惯，然后自己进行编程设置，并让用户可以通过手机来进行控制家用电器。这样一来，可以为用户节省20％的电能。
其他的产品更多的是在新奇，比如2018年CES展的一大亮点是Tagg，Tagg可以远程追踪你的狗或猫的位置的。还有亚马逊推出一款品牌按钮，你可以在自己的房子周围贴一圈，让你可以随手来订购洗衣粉和手纸等生活用品。还有布拉德（Brad），一个聪明而又有需要的烤面包机，在他的网络中与其他的烤面包机进行检查对比，看看他们有多少动作，如果他觉得被忽略了，就会自己动起来提醒你。
还有苹果。其HomeKit平台希望智能家居领域的开发者可以使用它来创建设备控制应用程序。其目的是为该行业提供一个网关，一种通用语言。苹果公司通常只在具有巨大潜力的市场上投资，而RNR的数据显示，到2020年，智能住宅市场可能会增长到600亿美元。
办公大楼也发生了变化。都是针对最低限度的效率和员工的方便。例如，思科从四个地点控制了全球300座建筑的核心功能，包括气候、电力使用和安全。该公司预计，当一位高管开车进入车库时，会自动发出信号，让电梯来接她，并打开她办公室的灯。
拥有复杂的内部控制气候的建筑已经变得更加普遍。例如，曼尼托巴水电（ManitobaHydro）的新摩天大楼有一个巨大的天然湿润器——一个潮湿的房间，几层楼高，充满了热带植物，还有一个与管道相连的水，这些管道可以在整个建筑中输送潮湿的空气。系统知道什么时候打开和关闭百叶窗，或者让阳光进来（从免费的太阳热中获益）或者保持它。
城市
如今，世界上一半以上的人口居住在城市中心，到2050年，几乎三分之二的人将居住在城市中心，这意味着有25亿的城市居民将在城市居住、使用和运输。对于今天的城市来说，这是一个噩梦般的场景，因为交通、雾霾、犯罪、堆满垃圾的垃圾桶以及低效率的照明，占了城市电力预算的四分之一到一半。但目前正在测试的技术将帮助未来的城市更好地应对即将到来的移民问题。
有嵌入式视频传感器的红绿灯可以根据汽车的位置和时间调整路灯的绿色和红色。它们是一种双赢，既减少了拥堵，又减少了烟雾，因为在红灯亮的车辆消耗了城市地区17%的燃料。
在巴塞罗那的市场上，嵌入车位的传感器可以将空点的实时信息传递给正在寻找车位的用户。西门子（Siemens）最近向一家初创企业提供了一笔融资，用于建造可以引导汽车进入可用地点的无人驾驶飞机。听起来微不足道吗？这并不是：高达30%的拥堵是由于司机在街道上徘徊寻找停车的地方造成的。
特拉维夫正通过为公共汽车、穿梭巴士、出租车和汽车排水车提供一条车道，来解决繁忙道路上的交通问题，同时也让那些没有耐心和有钱的通勤者也可以使用指定的车道。道路上的传感器会识别汽车的车牌号码，并根据路面的繁忙程度自动对车主的信用卡收费。
在圣地亚哥，智能LED街灯只有在行人或车辆接近时才会打开——该市最近更换了3000盏老式路灯，配备了传感器，每年可节省25万美元。英国人试图阻止流氓行为，他们正在测试一盏灯，当它检测到砰砰声和大声叫嚣时，会发出一盏特别亮的灯，并配备了摄像头，将直播视频传送到云端。
在费城，他们已经投资了4000美元的太阳能垃圾桶（称为大肚子），用来粉碎垃圾，并向调度员发送信件，要求在他们满的时候再来取。Philly能够将每周垃圾收集的数量从17个减少到3个，并实现每年100万美元的节省燃料、维护和劳动力成本。
制造业
位于宾夕法尼亚州约克市的哈雷-戴维森摩托车厂建于1973年，是典型的流水线操作。但几年前，它得到了思科的高科技更新。现在，一系列与所谓的制造执行系统相连的传感器，从工厂的地板上收集数据，以查明任何问题。当发现后面的挡泥板阻碍了这个过程时，管理人员改变了布局，使零件直接流向生产线，而不是手工收集和移动。在另一个房间里，传感器可以分辨出空气流动、湿度是否最佳，并在必要时对其进行修正。这个系统并不便宜。
一位分析师称，将一个制造执行系统安装到单个工厂的成本在50万美元到100万美元之间。但是根据SAP（提供哈雷工厂的软件），工厂现在可以多生产出25%的自行车，工人减少30%。它可以在短短6个小时内完成交付，而不是在21天内交付1700辆自行车。
在德国，西门子的安伯格工厂每年生产近1200万台可编程逻辑控制器。（PLC是一个交换机，可以控制各种各样的系统，如游船、滑雪缆车和组装线。）在整个制造和装配过程中嵌入的微型传感器帮助公司几乎消除了缺陷：它声称其PLCs是完美的99.99885%的时间。
更大的“可视性”——从传感器到智能手机和平板电脑的即时信息——也使得机器的停机时间大大减少，因为经理们可以在爆炸之前发现瓶颈和现有的或即将到来的维修问题。埃森哲最近报告说，物联网技术可以将平均维修费用削减12%，维修费用减少30%，停工时间减少70%。它还可以通过智能能源管理系统节省电力成本，这是工厂的主要开支之一。电价会自动纳入机器的工作时间表，允许工厂避免价格高峰。
通用电气（GE）董事长杰夫？伊梅尔特（JeffImmelt）曾经说过的：“如果你昨晚作为一家实业公司去睡觉，你将会在今天早上醒来，成为一家软件和分析公司。”
交通
新款特斯拉电动轿车的零售价为7万美元。此外，它还能在不到4秒的时间内以每小时100公里的速度让人羡慕，它能在一次充电中达到435克。如果你的果汁喝得很低，汽车的导航系统会把你带到最近的充电站。埃龙·马斯克（ElonMusk）的最新一代汽车配备了自动驾驶仪（Autopilot），它使用了摄像头、雷达和360度声纳传感器的组合，自动驾驶在开阔的道路上，在停停的交通中，不仅能找到，还能找到平行的停车位。这款相机还可以读取速度限制，并警告司机减速。远离你的车道和司机的座位。
而且特斯拉的情况一直在变好，多亏了内部联网软件，它向公司的工程师发送了源源不断的数据。自汽车发布以来，程序员们已经对软件进行了几次升级，以提高软件的范围，使其能够在其他车辆处于盲点时警告驾驶员，并在另一辆车接近时自动将高光束调暗。
所有这些都是说，你的汽车是静止的，它的功能在销售点，正在快速地后退。梅赛德斯-奔驰（Mercedes-Benz）等老牌公司也将推出智能汽车。在硅谷的研究中心，一个工程师和程序员团队正在完善一个模型，该模型可以与智能手机交互，收集你的约会信息，并提出到达目的地的路线，并显示实时交通信息。今年5月，Freightliner（戴姆勒公司的子公司，与奔驰公司一起）获得了世界上第一辆机器人卡车的内华达州牌照，该公司已经在该州道路上进行了15，000公里的测试（尽管是与一名操作员一起驾驶）。
研究公司高德纳（Gartner）估计，到2020年，全球道路上的联网汽车将达到2.5亿辆，其中许多汽车能够自动驾驶。每年有800万起交通事故，130万起撞车事故;思科公司的Smart联网车辆部门已经提出，自动驾驶汽车可以消除多达85%的正面碰撞。他们也可以帮助缓解交通，因为他们可以相互交流他们的位置，因此比人类驾驶的车辆更接近。交通专家称之为“连”包装更多的汽车到相同的道路太空可能帮助拯救司机至少900亿小时的他们现在每年花在堵塞，产生了2.2亿吨的碳排量和浪费了至少1万亿美元的燃料成本和生产力损失。
航空航天
航空工业一直迟迟不采用新技术——例如，美国的空中交通管制系统，仍然运行于上世纪70年代建造的摇摇摇摇的计算机基础设施。从某种程度上来说，这是可以理解的：当我们谈论3万英尺高的大型移动设备时，技术故障的后果是非常可怕的。
但事实是，这种技术可以防止像德国之翼（Germanwings）这样的悲剧发生——一名不安的副驾驶锁定了机长，并故意飞进了法国的航空公司——已经存在了，这使得它变得更加毫无意义。飞机早就装备了传感器，可以收集燃料效率、高度、位置和维修问题的数据。但这些数据通常只是在飞机着陆后才进行处理。随着连接和数据处理软件的进步，没有理由不能发送和解析中飞行。同样的技术也可以用来在危机情况下覆盖飞行员，比如德国之翼，或者更频繁地加载每架飞机的位置——这将极大地帮助马航370航班的搜寻工作。
但变化正在慢慢到来。飞机引擎中的传感器现在可以通过测量喷气式发动机的排气温度来检测和分离出发展中的问题，在飞机还在空中的时候，就可以与飞行员和地面人员进行交流。
在效率方面，通用电气开发了一种工具，可以测量燃油的使用，并巧妙地移动机翼的襟翼（包括其他东西），以减少不必要的阻力。这项技术帮助意大利航空公司在一年内减少了1%的燃料消耗。由于全行业的燃料支出每年徘徊在300亿美元左右，即使是如此小的节省也很可观。
铁路行业也正在慢慢走向现代化。英国的网络铁路公司和Cisco公司正在安装传感器，并在轨道旁边安装传感器，以通知中央指挥中心，如果他们需要维修，或者受到附近山体滑坡或洪水的威胁。这将减少目前用于铁路检查的约130万小时。
纽约的通勤者们用互联网来感谢短途通勤。该市的Canarsie地铁线最近安装了siemens轨道和火车，它可以精确定位比老式自动闭塞信号系统更精确的位置（它使用了trackside灯来告诉列车在通过定点时停止和前进）。因为智能轨道知道火车的确切位置，这就意味着火车之间的间隔不需要那么大，可以让更多的列车在繁忙的航线上运行，每小时26次，而不是15次。
航运也参与进来了。德国在二战后的经济奇迹中，德国主要的港口城市汉堡-能勒，近年来面临着几个与此有关的问题。每天抵达港口的550辆卡车中，有许多都在等待船只驶入港口的长队中闲置了数小时，或者停泊在港口附近的居民区，因为港口地区的港口很少。每年有1万艘船在那里卸货，经常发生的情况是太多的船只同时到达，堵塞了相对较小的港口。考虑到其地理位置的历史悠久，人口密度高，扩张并没有出现。现在，多亏了思科和SAP的一个项目，这些船只和900万个集装箱通过港口传送（并不断更新）他们的准确到达时间，所以卡车可以安排及时的接送和货运。卡车司机甚至可以远程预订泊车位，这样他们就不会开车四处寻找停车位或堵塞城市的其他地方。
医疗
旨在帮助婴儿潮一代居住的技术越来越繁荣。这并不令人意外，近15%的加拿大人现在65岁或更老，这一比例预计在20年内将上升到23%。新一代的传感器可以判断住在家里的病人病情是否恶化，并立即与他们的医疗团队沟通。
飞利浦——最着名的灯泡和电动牙刷——在你吃药的时候发明了一个可以打开的药丸盒，并向你的家人或护士发送信息，确认你已经服用了这些药物。这家荷兰公司最近剥离了一家新的医疗保健子公司飞利浦医疗（PhilipsHealthcare），该公司是该领域的领导者，目前正在努力寻找一种方式，这种方式对使用智能手机的年轻人来说很容易，就像对患有退行性疾病和痴呆的80岁老人一样。
他们的传感器很特别，就像新生儿单位用来监测早产儿的传感器一样。由于不能直接放置在皮肤上，传感器反而使用高清摄像头来监测皮肤的颜色、呼吸和温度，并提醒护士注意任何变化。这些设备最终将帮助医生和护士照顾和监控更多在家里和医院的病人。纽约Presbyterian医院现在使用的智能床可以立即告知病人是否已经起床，并让护理站知道。
此外，FitBit、AppleWatch、suto等健身追踪器的市场也在蓬勃发展，估值已经超过20亿美元，到目前为止已经售出8400万部。这些监测仪测量心率、睡眠模式、饮食、锻炼等，并将数据传送给移动应用。很快，这些信息就会被直接发送给你的医疗服务提供者或保险公司，他们仍然相信你的话，是的，你每周锻炼四次，并且总是走楼梯。美国保险商约翰？汉考克（JohnHancock）（宏利的子公司）向客户提供高达15%的保费，如果他们愿意交出数据，证明他们过着健康的生活方式。
接下来：皮下植入。基于使命的Medtronic公司已经销售了一种葡萄糖种植体，可以帮助糖尿病患者控制血糖。
能源
电网的设计是为了在需要的基础上提供电力，以微妙地平衡供给和需求——这是一个挑战，因为需求随时间、天气和季节而变化。热浪、暴风雪、甚至是奥斯卡颁奖典礼，都能给这个老化的基础设施带来压力。为了满足突发的峰值，备用电站和柴油发电机必须准备就绪，吞噬稀缺的资源。这远远不是有效的。
所谓智能电网背后的基本原理很简单：电力是以需求为基础定价的，这种信息会立即传输到智能电表、恒温器和家用电器上，这样它们就能在最便宜的时候，在非高峰时段获得所需的电力。这个系统使用市场力量来平衡系统负载，理论上，应该使电网更不容易受到黑和限电的影响。
试点项目，尤其是在意大利和德克萨斯州，已经证明了该理论可以在现实世界中发挥作用。美国将2030年设定为实现智能电网大部分组件的非正式截止日期；安大略的HydroOne是目前全球许多地区公用事业公司之一。虽然它已经重新安置了许多智能手表，但它仍将在2025年拍摄。
目前，他们只是直接将时间的使用直接发送到实用程序。但在未来，电表可以接收有关定价的信息和对系统的总需求，并据此管理自己。
输电线和管道也得到了高科技的升级。通过对线路中传感器采集的数据进行分析，以检测和隔离维修问题。而且预测软件已经在市场上可以预测哪些树最有可能掉下来并取下线路。思科公司（Cisco）建设的管道内衬有敏感的纤维，可以直接感应到泄漏和无线电的帮助。对于老化的管道，通用电气已经开发了软件，可以整理地震数据、地形细节、人口密度、医院和学校的位置，以帮助在持续的基础上或紧急情况下做出维修决策。
可再生能源的增长在很大程度上取决于智能电网。根据国际能源协会（InternaTIonalEnergyAssociaTIon）的数据，到明年，可再生能源将取代天然气成为世界上第二大能源来源（煤炭仍处于领先地位）。在加拿大，风能和太阳能是目前增长最快的发电行业（尽管它们仍然只占总量的百分之几）。由于太阳能和风力发电场所产生的能量随时间和时间的变化而变化，因此它们可能会对环境造成更大的压力。太阳能电池板能够传达它们所产生的能量。它仍然是将这些面板堆叠到网格中，并且在我们不需要的时候找到一个可伸缩的电池来存储溢出。
风能也面临着类似的整合问题，尽管最新一代的涡轮机本身已经从物联网技术中获益。在风力发电厂的前沿建造的通用涡轮发电机可以让后面的人知道阵风即将来临，这促使他们立即改变叶片的角度，以保护自己免受伤害，延长他们的寿命。一个相对较新的软件程序也处理由涡轮传感器收集的数据，并提出最佳的角度来产生更多的电力，增加风电场产量5%。
农业
尽管我们可能拥有普通家庭农场的田园风光，但农民一直都是技术的早期采用者——毕竟，任何能帮助他们从土地上获得的微薄生计的东西都是一件好事。
如今，大多数的农民都在自己的土地上使用装有gps的智能手机，装载着与农业相关的应用程序。随着农场的急剧增长——在过去的25个世纪里，美国的平均分布已经翻了一番——农民（或者，正变得越来越普遍，拥有这些业务的大公司）迅速部署了数据收集、联网设备来帮助跟踪他们。
来自约翰迪尔的新机器不仅可以耕作、播种和收割，还可以收集农民的数据，包括空气和土壤温度、湿度、风速、湿度、太阳辐射和降雨量。在干旱和干旱的地区，明智的浇水系统只在适当的地方撒上足够的水，并能探测到水管道的泄漏。一家公司开发了一种传感器，可以检测出一种特殊害虫的高计数，然后释放干扰它们交配的信息素，从而减少对杀虫剂的需求。甚至奶牛现在也在实时地传送数据，一家荷兰公司制造了传感器，当它们附着在个体动物身上时，可以告诉农民哪些动物处于高温，怀孕或生病。
未来传感器的8大趋势
未来，传感器将变得更小、更便宜、更准确、更灵活、更节能、更环保，能够收集更多类型的数据，并集成越来越多的新技术。
1.更小，更便宜
随着各种新平台和新材料的应用，制造商可以制造更小的传感器，其性能可以与毫米级和微波级的电子元器件一样高，并且随着更少的硅的应用，成本将大幅降低。同时，新平台还会降低传感器的设计、开发和制造成本。
从长远来看，可自我校准的传感器具有非常高的成本效益。通过自动校准，可以减少传感器的维护次数和时间，并大幅降低维护成本。另外，可自我修复的传感器将会有更广泛的应用范围，并使维护成本更低，特别是在发生各种灾难和风险时将大有用处。
2.更高的准确性
目前，多通道协作频谱感知的研究还处于初期阶段。未来，一旦技术成熟，它将比现在的单通道传感器提供更精确的监测数据。
更准确、更可靠和可复制的传感器将在医疗设备等领域拥有更多的应用场景，其实现的功能也更加强大。
3.更灵活且更柔性
柔性传感器是未来传感器发展的一个重要方向。目前，柔性光传感器、PH传感器、离子传感器和生物传感器仍处在早期开发阶段。在未来，这些柔性传感器将拥有更 多创新应用，如人造皮肤、可穿戴传感器和微动传感。
通过微线技术和磁场，传感器可以像头发丝一样纤细，而又具有弹性，不需要电源，可以无接触地测量温度、压力、拉力、应力，扭转和位置。
4.更好的感知与更多的数据
未来的传感器将更有效地模仿人类的感官，来检测、处理和分析复杂的信号，如生物危害、气味、材料压力、病原体和腐蚀等。例如，这些先进的传感器不仅仅能够感知大量的单一分析物（例如二氧化碳），还可以破解气味中的每个组成部分。
此外，智能微尘是由振动驱动的微观传感器，可以监控战场、高层建筑或动脉堵塞等各种情况。
5.更多的医疗应用
目前，很多与健康相关的传感器主要用在娱乐和生活方式领域，它们的功能达不到医疗级的要求。未来，更多医疗级的传感器将通过严格的监管审批并实现医疗应用。
随着实验室系统的微型化，将加速生物危害感知的新兴技术的研发，可穿戴传感器将成为真正的医疗级设备，而非简单的生活和娱乐之用。医疗检测将更加轻松，一台检测仪器可以分析更多的物质，并减少对检测样品量的需求，比如，可以通过汗液和眼泪等体液即可完成健康检测。
可吞服药丸是实验室系统微型化的一个应用，例如，已经有很多健康科技初创企业使用可吞服传感器替代传统的内窥镜检查，以减少患者的痛苦。还有一些科技公司研发的可吞服或可植入药丸，可以在体内长期持续给药，让患者的日常治疗更为轻松。
6.更节能
当前，大多数传感器并不是很节能，因为其始终处于开启状态。未来，传感器将变得更智能，并由特定条件驱动，只有当达到某个条件时才能被激活，而当它们处于待机模式时，几乎没有功耗。
此外，传感器还可以从周围环境中获取能量，实现更长久的运行。例如运动、压力、光线，或患者身体与周围空气的热量差异等都可以成为传感器的能量来源。
7.更环保
在未来，环境友好型和可生物降解的传感器将日益受到欢迎。
例如，传感器可以采用由细菌驱动的，可降解的纸基电池，此类传感器可用于农田管理、环境监测、食品流通监测或医疗检测等领域，而不会污染环境。
8.更高的复杂性和更好的兼容性
通过协调工作，传感器将获得额外的复杂性。传感器集群可以更好地协调传感器之间的工作，并通过自主学习系统来确定工作内容和位置。
此外，各种新技术的采用，也将使传感器变得更加多样化。例如，通过激光技术，传感器可以通过物质独特的光谱识别出物质组成；飞行时间传感器可通过红外光脉冲测量两个物体之间的距离；由晶体、特殊陶瓷、骨骼、DNA、蛋白质等材料制造的压电传感器可以更好地对外部压力和潜热进行响应。
在未来，各种基础科学的进步将进一步推动传感器技术的快速进化。传感器将变得更加小型化、人性化，人机交互更加友好；同时，它们将变得更加隐形，更加不易察觉。随着传感器更加深入地融入我们的日常生活，以及与AI等新技术的融合，在未来的互联互通和自动化的世界中，传感器将使我们的生活更加美好。
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