產業觀 | 8大趨勢已現，未來傳感器將徹底改變你的生活！

未來傳感器將徹底改變你的生活

現代信息技術發展到2022年，傳感器的重要性越來越高，物聯網、元宇宙、人工智能、自動駕駛……無不離不開傳感器。

2022年，傳感器更伴隨著這些技術的發展，進一步改變我們的生活，同時傳感器本身也面臨新的發展需求。本文從傳感器的應用場景和技術發展趨勢兩個方面，闡述傳感器的未來。

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自傳感器誕生以來，由于它可以幫助人類將曾經不可知、難判斷的信息變成易獲取、更精準的數據，傳感器已經成為數字化社會最為重要的基礎設施。從智能手機到智能語音設備，從能源平臺到工業設備，傳感器自然而然地“化身”為人類連接機器、人類自身，以及自然環境的外延器官。

隨著傳感器，以及與之相關的數據存儲、儲能、新材料、網絡基礎設備等軟硬件技術的發展，還有成本的持續下降，傳感器的應用場景將變得越來越豐富。

傳感器將如何改變我們的生活？

2020年，全球有3000億個傳感器遍布于我們的日常生活中，市場規模達到105億美元，而可打印的柔性傳感器的市場規模達到73億美元。

同時，隨著數百億的數據傳輸設備連接到互聯網上，他們會改變我們的生活和工作方式。

家庭和辦公

冰箱會在牛奶灑落的時候發信息提醒我們；我們躺在床上就能夠打開咖啡機……類似的很多事情都將在未來十年或十年以上實現。盡管智能家電在過去幾年里一直主宰著拉斯維加斯的消費電子產品展(CES)，但尚未出現任何單一產品或主導品牌。RNR市場研究公司估計去年這個市場價值200億美元，內部人士將這個快速增長的市場描述為一個充滿活力且混亂的市場。

Nest恒溫器是迄今為止最具突破性的產品，尤其是在節省功耗省電方面。由于設計簡潔，界面比現有的可編程溫度調節器簡單，并且有來自谷歌的支持（谷歌在2013年給予32億美元的啟動資金），Nest在加拿大，英國和美國一直備受關注。

恒溫器更多的是控制你家的能耗，而不是被你家的電器、燈具、電視機、電腦音響套裝所消耗。Nest聲稱其設備 可以 通過熟悉用戶的日常使用習慣，然后自己進行編程設置，并讓用戶可以通過手機來進行控制家用電器。這樣一來，可以為用戶節省20％的電能。

其他的產品更多的是在新奇，比如2018年CES展的一大亮點是Tagg，Tagg可以遠程追蹤你的狗或貓的位置的。還有亞馬遜推出一款品牌按鈕，你可以在自己的房子周圍貼一圈，讓你可以隨手來訂購洗衣粉和手紙等生活用品。還有布拉德(Brad)，一個聰明而又有需要的烤面包機，在他的網絡中與其他的烤面包機進行檢查對比，看看他們有多少動作，如果他覺得被忽略了，就會自己動起來提醒你。

還有蘋果。其HomeKit平臺希望智能家居領域的開發者可以使用它來創建設備控制應用程序。其目的是為該行業提供一個網關，一種通用語言。蘋果公司通常只在具有巨大潛力的市場上投資，而RNR的數據顯示，到2020年，智能住宅市場可能會增長到600億美元。

辦公大樓也發生了變化。都是針對最低限度的效率和員工的方便。例如，思科從四個地點控制了全球300座建筑的核心功能，包括氣候、電力使用和安全。該公司預計，當一位高管開車進入車庫時，會自動發出信號，讓電梯來接她，并打開她辦公室的燈。

擁有復雜的內部控制氣候的建筑已經變得更加普遍。例如，曼尼托巴水電(Manitoba Hydro)的新摩天大樓有一個巨大的天然濕潤器——一個潮濕的房間，幾層樓高，充滿了熱帶植物，還有一個與管道相連的水，這些管道可以在整個建筑中輸送潮濕的空氣。系統知道什么時候打開和關閉百葉窗，或者讓陽光進來(從免費的太陽熱中獲益)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，幾乎三分之二的人將居住在城市中心，這意味著有25億的城市居民將在城市居住、使用和運輸。對于今天的城市來說，這是一個噩夢般的場景，因為交通、霧霾、犯罪、堆滿垃圾的垃圾桶以及低效率的照明，占了城市電力預算的四分之一到一半。但目前正在測試的技術將幫助未來的城市更好地應對即將到來的移民問題。

有嵌入式視頻傳感器的紅綠燈可以根據汽車的位置和時間調整路燈的綠色和紅色。它們是一種雙贏，既減少了擁堵，又減少了煙霧，因為在紅燈亮的車輛消耗了城市地區17%的燃料。

在巴塞羅那的市場上，嵌入車位的傳感器可以將空點的實時信息傳遞給正在尋找車位的用戶。西門子(Siemens)最近向一家初創企業提供了一筆融資，用于建造可以引導汽車進入可用地點的無人駕駛飛機。聽起來微不足道嗎?這并不是:高達30%的擁堵是由于司機在街道上徘徊尋找停車的地方造成的。

特拉維夫正通過為公共汽車、穿梭巴士、出租車和汽車排水車提供一條車道，來解決繁忙道路上的交通問題，同時也讓那些沒有耐心和有錢的通勤者也可以使用指定的車道。道路上的傳感器會識別汽車的車牌號碼，并根據路面的繁忙程度自動對車主的信用卡收費。

在圣地亞哥，智能LED街燈只有在行人或車輛接近時才會打開——該市最近更換了3000盞老式路燈，配備了傳感器，每年可節省25萬美元。英國人試圖阻止流氓行為，他們正在測試一盞燈，當它檢測到砰砰聲和大聲叫囂時，會發出一盞特別亮的燈，并配備了攝像頭，將直播視頻傳送到云端。

在費城，他們已經投資了4000美元的太陽能垃圾桶(稱為大肚子)，用來粉碎垃圾，并向調度員發送信件，要求在他們滿的時候再來取。Philly能夠將每周垃圾收集的數量從17個減少到3個，并實現每年100萬美元的節省燃料、維護和勞動力成本。

制造業

位于賓夕法尼亞州約克市的哈雷-戴維森摩托車廠建于1973年，是典型的流水線操作。但幾年前，它得到了思科的高科技更新。現在，一系列與所謂的制造執行系統相連的傳感器，從工廠的地板上收集數據，以查明任何問題。當發現后面的擋泥板阻礙了這個過程時，管理人員改變了布局，使零件直接流向生產線，而不是手工收集和移動。在另一個房間里，傳感器可以分辨出空氣流動、濕度是否最佳，并在必要時對其進行修正。這個系統并不便宜。

分析師稱，將一個制造執行系統安裝到單個工廠的成本在50萬美元到100萬美元之間。但是根據SAP(提供哈雷工廠的軟件)，工廠現在可以多生產出25%的自行車，工人減少30%。它可以在短短6個小時內完成交付，而不是在21天內交付1700輛自行車。

在德國，西門子的安伯格工廠每年生產近1200萬臺可編程邏輯控制器。(PLC是一個交換機，可以控制各種各樣的系統，如游船、滑雪纜車和組裝線。)在整個制造和裝配過程中嵌入的微型傳感器幫助公司幾乎消除了缺陷:它聲稱其PLCs是完美的99.99885%的時間。

更大的“可視性”——從傳感器到智能手機和平板電腦的即時信息——也使得機器的停機時間大大減少，因為經理們可以在爆炸之前發現瓶頸和現有的或即將到來的維修問題。埃森哲最近報告說，物聯網技術可以將平均維修費用削減12%，維修費用減少30%，停工時間減少70%。它還可以通過智能能源管理系統節省電力成本，這是工廠的主要開支之一。電價會自動納入機器的工作時間表，允許工廠避免價格高峰。

通用電氣(GE)董事長杰夫 伊梅爾特(Jeff Immelt)曾經說過的:“如果你昨晚作為一家實業公司去睡覺，你將會在今天早上醒來，成為一家軟件和分析公司。”

交通

新款特斯拉電動轎車的零售價為7萬美元。此外，它還能在不到4秒的時間內以每小時100公里的速度讓人羨慕，它能在一次充電中達到435克。如果你的果汁喝得很低，汽車的導航系統會把你帶到最近的充電站。埃龍·馬斯克(Elon Musk)的最新一代汽車配備了自動駕駛儀(Autopilot)，它使用了攝像頭、雷達和360度聲納傳感器的組合，自動駕駛在開闊的道路上，在停停的交通中，不僅能找到，還能找到平行的停車位。這款相機還可以讀取速度限制，并警告司機減速。遠離你的車道和司機的座位。

而且特斯拉的情況一直在變好，多虧了內部聯網軟件，它向公司的工程師發送了源源不斷的數據。自汽車發布以來，程序員們已經對軟件進行了幾次升級，以提高軟件的范圍，使其能夠在其他車輛處于盲點時警告駕駛員，并在另一輛車接近時自動將高光束調暗。

所有這些都是說，你的汽車是靜止的，它的功能在銷售點，正在快速地后退。梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz)等老牌公司也將推出智能汽車。在硅谷的研究中心，一個工程師和程序員團隊正在完善一個模型，該模型可以與智能手機交互，收集你的約會信息，并提出到達目的地的路線，并顯示實時交通信息。今年5月，Freightliner(戴姆勒公司的子公司，與奔馳公司一起)獲得了世界上第一輛機器人卡車的內華達州牌照，該公司已經在該州道路上進行了15,000公里的測試(盡管是與一名操作員一起駕駛)。

研究公司高德納(Gartner)估計，到2020年，全球道路上的聯網汽車將達到2.5億輛，其中許多汽車能夠自動駕駛。每年有800萬起交通事故，130萬起撞車事故;思科公司的Smart聯網車輛部門已經提出，自動駕駛汽車可以消除多達85%的正面碰撞。他們也可以幫助緩解交通，因為他們可以相互交流他們的位置，因此比人類駕駛的車輛更接近。交通專家稱之為“連”包裝更多的汽車到相同的道路太空可能幫助拯救司機至少900億小時的他們現在每年花在堵塞,產生了2.2億噸的碳排量和浪費了至少1萬億美元的燃料成本和生產力損失。

航空航天

航空工業一直遲遲不采用新技術——例如，美國的空中交通管制系統，仍然運行于上世紀70年代建造的搖搖搖搖的計算機基礎設施。從某種程度上來說，這是可以理解的:當我們談論3萬英尺高的大型移動設備時，技術故障的后果是非常可怕的。

但事實是，這種技術可以防止像德國之翼(Germanwings)這樣的悲劇發生——一名不安的副駕駛鎖定了機長，并故意飛進了法國的航空公司——已經存在了，這使得它變得更加毫無意義。飛機早就裝備了傳感器，可以收集燃料效率、高度、位置和維修問題的數據。但這些數據通常只是在飛機著陸后才進行處理。隨著連接和數據處理軟件的進步，沒有理由不能發送和解析中飛行。同樣的技術也可以用來在危機情況下覆蓋飛行員，比如德國之翼，或者更頻繁地加載每架飛機的位置——這將極大地幫助馬航370航班的搜尋工作。

但變化正在慢慢到來。飛機引擎中的傳感器現在可以通過測量噴氣式發動機的排氣溫度來檢測和分離出發展中的問題，在飛機還在空中的時候，就可以與飛行員和地面人員進行交流。

在效率方面，通用電氣開發了一種工具，可以測量燃油的使用，并巧妙地移動機翼的襟翼(包括其他東西)，以減少不必要的阻力。這項技術幫助意大利航空公司在一年內減少了1%的燃料消耗。由于全行業的燃料支出每年徘徊在300億美元左右，即使是如此小的節省也很可觀。

鐵路行業也正在慢慢走向現代化。英國的網絡鐵路公司和Cisco公司正在安裝傳感器，并在軌道旁邊安裝傳感器，以通知中央指揮中心，如果他們需要維修，或者受到附近山體滑坡或洪水的威脅。這將減少目前用于鐵路檢查的約130萬小時。

紐約的通勤者們用互聯網來感謝短途通勤。該市的Canarsie地鐵線最近安裝了siemens軌道和火車，它可以精確定位比老式自動閉塞信號系統更精確的位置(它使用了trackside燈來告訴列車在通過定點時停止和前進)。因為智能軌道知道火車的確切位置，這就意味著火車之間的間隔不需要那么大，可以讓更多的列車在繁忙的航線上運行，每小時26次，而不是15次。

航運也參與進來了。德國在二戰后的經濟奇跡中，德國主要的港口城市漢堡-能勒，近年來面臨著幾個與此有關的問題。每天抵達港口的550輛卡車中，有許多都在等待船只駛入港口的長隊中閑置了數小時，或者停泊在港口附近的居民區，因為港口地區的港口很少。

每年有1萬艘船在那里卸貨，經常發生的情況是太多的船只同時到達，堵塞了相對較小的港口。考慮到其地理位置的歷史悠久，人口密度高，擴張并沒有出現。現在，多虧了思科和SAP的一個項目，這些船只和900萬個集裝箱通過港口傳送(并不斷更新)他們的準確到達時間，所以卡車可以安排及時的接送和貨運。卡車司機甚至可以遠程預訂泊車位，這樣他們就不會開車四處尋找停車位或堵塞城市的其他地方。

醫療

旨在幫助嬰兒潮一代居住的技術越來越繁榮。這并不令人意外，近15%的加拿大人現在65歲或更老，這一比例預計在20年內將上升到23%。新一代的傳感器可以判斷住在家里的病人病情是否惡化，并立即與他們的醫療團隊溝通。

飛利浦——最著名的燈泡和電動牙刷——在你吃藥的時候發明了一個可以打開的藥丸盒，并向你的家人或護士發送信息，確認你已經服用了這些藥物。這家荷蘭公司最近剝離了一家新的醫療保健子公司飛利浦醫療(Philips Healthcare)，該公司是該領域的領導者，目前正在努力尋找一種方式，這種方式對使用智能手機的年輕人來說很容易，就像對患有退行性疾病和癡呆的80歲老人一樣。

他們的傳感器很特別，就像新生兒單位用來監測早產兒的傳感器一樣。由于不能直接放置在皮膚上，傳感器反而使用高清攝像頭來監測皮膚的顏色、呼吸和溫度，并提醒護士注意任何變化。這些設備最終將幫助醫生和護士照顧和監控更多在家里和醫院的病人。紐約Presbyterian醫院現在使用的智能床可以立即告知病人是否已經起床，并讓護理站知道。

此外，FitBit、Apple Watch、suto等健身追蹤器的市場也在蓬勃發展，估值已經超過20億美元，到目前為止已經售出8400萬部。這些監測儀測量心率、睡眠模式、飲食、鍛煉等，并將數據傳送給移動應用。很快，這些信息就會被直接發送給你的醫療服務提供者或保險公司，他們仍然相信你的話，是的，你每周鍛煉四次，并且總是走樓梯。美國保險商約翰 漢考克(John Hancock)(宏利的子公司)向客戶提供高達15%的保費，如果他們愿意交出數據，證明他們過著健康的生活方式。

接下來：皮下植入。基于使命的Medtronic公司已經銷售了一種葡萄糖種植體，可以幫助糖尿病患者控制血糖。

能源

電網的設計是為了在需要的基礎上提供電力，以微妙地平衡供給和需求——這是一個挑戰，因為需求隨時間、天氣和季節而變化。熱浪、暴風雪、甚至是奧斯卡頒獎典禮，都能給這個老化的基礎設施帶來壓力。為了滿足突發的峰值，備用電站和柴油發電機必須準備就緒，吞噬稀缺的資源。這遠遠不是有效的。

所謂智能電網背后的基本原理很簡單:電力是以需求為基礎定價的，這種信息會立即傳輸到智能電表、恒溫器和家用電器上，這樣它們就能在最便宜的時候，在非高峰時段獲得所需的電力。這個系統使用市場力量來平衡系統負載，理論上，應該使電網更不容易受到黑和限電的影響。

試點項目，尤其是在意大利和德克薩斯州，已經證明了該理論可以在現實世界中發揮作用。美國將2030年設定為實現智能電網大部分組件的非正式截止日期；安大略的Hydro One是目前全球許多地區公用事業公司之一。雖然它已經重新安置了許多智能手表，但它仍將在2025年拍攝。

目前，他們只是直接將時間的使用直接發送到實用程序。但在未來，電表可以接收有關定價的信息和對系統的總需求，并據此管理自己。

輸電線和管道也得到了高科技的升級。通過對線路中傳感器采集的數據進行分析，以檢測和隔離維修問題。而且預測軟件已經在市場上可以預測哪些樹最有可能掉下來并取下線路。思科公司(Cisco)建設的管道內襯有敏感的纖維，可以直接感應到泄漏和無線電的幫助。對于老化的管道，通用電氣已經開發了軟件，可以整理地震數據、地形細節、人口密度、醫院和學校的位置，以幫助在持續的基礎上或緊急情況下做出維修決策。

可再生能源的增長在很大程度上取決于智能電網。根據國際能源協會(International Energy Association)的數據，到明年，可再生能源將取代天然氣成為世界上第二大能源來源(煤炭仍處于領先地位)。在加拿大，風能和太陽能是目前增長最快的發電行業(盡管它們仍然只占總量的百分之幾)。由于太陽能和風力發電場所產生的能量隨時間和時間的變化而變化，因此它們可能會對環境造成更大的壓力。太陽能電池板能夠傳達它們所產生的能量。它仍然是將這些面板堆疊到網格中，并且在我們不需要的時候找到一個可伸縮的電池來存儲溢出。

風能也面臨著類似的整合問題，盡管最新一代的渦輪機本身已經從物聯網技術中獲益。在風力發電廠的前沿建造的通用渦輪發電機可以讓后面的人知道陣風即將來臨，這促使他們立即改變葉片的角度，以保護自己免受傷害，延長他們的壽命。一個相對較新的軟件程序也處理由渦輪傳感器收集的數據，并提出最佳的角度來產生更多的電力，增加風電場產量5%。

農業

盡管我們可能擁有普通家庭農場的田園風光，但農民一直都是技術的早期采用者——畢竟，任何能幫助他們從土地上獲得的微薄生計的東西都是一件好事。

如今，大多數的農民都在自己的土地上使用裝有gps的智能手機，裝載著與農業相關的應用程序。隨著農場的急劇增長——在過去的25個世紀里，美國的平均分布已經翻了一番——農民(或者，正變得越來越普遍，擁有這些業務的大公司)迅速部署了數據收集、聯網設備來幫助跟蹤他們。

來自約翰迪爾的新機器不僅可以耕作、播種和收割，還可以收集農民的數據，包括空氣和土壤溫度、濕度、風速、濕度、太陽輻射和降雨量。在干旱和干旱的地區，明智的澆水系統只在適當的地方撒上足夠的水，并能探測到水管道的泄漏。一家公司開發了一種傳感器，可以檢測出一種特殊害蟲的高計數，然后釋放干擾它們交配的信息素，從而減少對殺蟲劑的需求。甚至奶牛現在也在實時地傳送數據，一家荷蘭公司制造了傳感器，當它們附著在個體動物身上時，可以告訴農民哪些動物處于高溫，懷孕或生病。

未來傳感器的8發展大趨勢

未來，傳感器將變得更小、更便宜、更準確、更靈活、更節能、更環保，能夠收集更多類型的數據，并集成越來越多的新技術。

1.更小，更便宜

隨著各種新平臺和新材料的應用，制造商可以制造更小的傳感器，其性能可以與毫米級和微波級的電子元器件一樣高，并且隨著更少的硅的應用，成本將大幅降低。同時，新平臺還會降低傳感器的設計、開發和制造成本。

從長遠來看，可自我校準的傳感器具有非常高的成本效益。通過自動校準，可以減少傳感器的維護次數和時間，并大幅降低維護成本。另外，可自我修復的傳感器將會有更廣泛的應用范圍，并使維護成本更低，特別是在發生各種災難和風險時將大有用處。

2.更高的準確性

目前，多通道協作頻譜感知的研究還處于初期階段。未來，一旦技術成熟，它將比現在的單通道傳感器提供更精確的監測數據。

更準確、更可靠和可復制的傳感器將在醫療設備等領域擁有更多的應用場景，其實現的功能也更加強大。

3.更靈活且更柔性

柔性傳感器是未來傳感器發展的一個重要方向。目前，柔性光傳感器、PH傳感器、離子傳感器和生物傳感器仍處在早期開發階段。在未來，這些柔性傳感器將擁有更多創新應用，如人造皮膚、可穿戴傳感器和微動傳感。

通過微線技術和磁場，傳感器可以像頭發絲一樣纖細，而又具有彈性，不需要電源，可以無接觸地測量溫度、壓力、拉力、應力，扭轉和位置。

4.更好的感知與更多的數據

未來的傳感器將更有效地模仿人類的感官，來檢測、處理和分析復雜的信號，如生物危害、氣味、材料壓力、病原體和腐蝕等。例如，這些先進的傳感器不僅僅能夠感知大量的單一分析物（例如二氧化碳），還可以破解氣味中的每個組成部分。

此外，智能微塵是由振動驅動的微觀傳感器，可以監控戰場、高層建筑或動脈堵塞等各種情況。

5.更多的醫療應用

目前，很多與健康相關的傳感器主要用在娛樂和生活方式領域，它們的功能達不到醫療級的要求。未來，更多醫療級的傳感器將通過嚴格的監管審批并實現醫療應用。

隨著實驗室系統的微型化，將加速生物危害感知的新興技術的研發，可穿戴傳感器將成為真正的醫療級設備，而非簡單的生活和娛樂之用。醫療檢測將更加輕松，一臺檢測儀器可以分析更多的物質，并減少對檢測樣品量的需求，比如，可以通過汗液和眼淚等體液即可完成健康檢測。

可吞服藥丸是實驗室系統微型化的一個應用，例如，已經有很多健康科技初創企業使用可吞服傳感器替代傳統的內窺鏡檢查，以減少患者的痛苦。還有一些科技公司研發的可吞服或可植入藥丸，可以在體內長期持續給藥，讓患者的日常治療更為輕松。

6.更節能

當前，大多數傳感器并不是很節能，因為其始終處于開啟狀態。未來，傳感器將變得更智能，并由特定條件驅動，只有當達到某個條件時才能被激活，而當它們處于待機模式時，幾乎沒有功耗。

此外，傳感器還可以從周圍環境中獲取能量，實現更長久的運行。例如運動、壓力、光線，或患者身體與周圍空氣的熱量差異等都可以成為傳感器的能量來源。

7.更環保

在未來，環境友好型和可生物降解的傳感器將日益受到歡迎。

例如，傳感器可以采用由細菌驅動的，可降解的紙基電池，此類傳感器可用于農田管理、環境監測、食品流通監測或醫療檢測等領域，而不會污染環境。

8.更高的復雜性和更好的兼容性

通過協調工作，傳感器將獲得額外的復雜性。傳感器集群可以更好地協調傳感器之間的工作，并通過自主學習系統來確定工作內容和位置。

此外，各種新技術的采用，也將使傳感器變得更加多樣化。例如，通過激光技術，傳感器可以通過物質獨特的光譜識別出物質組成；飛行時間傳感器可通過紅外光脈沖測量兩個物體之間的距離；由晶體、特殊陶瓷、骨骼、DNA、蛋白質等材料制造的壓電傳感器可以更好地對外部壓力和潛熱進行響應。

在未來，各種基礎科學的進步將進一步推動傳感器技術的快速進化。傳感器將變得更加小型化、人性化，人機交互更加友好；同時，它們將變得更加隱形，更加不易察覺。隨著傳感器更加深入地融入我們的日常生活，以及與AI等新技術的融合，在未來的互聯互通和自動化的世界中，傳感器將使我們的生活更加美好。

結語

隨著信息技術的進步，傳感器的地位也水漲船高，因為以前許多無法感知的信息，都被先進的新發明的傳感器一一搜集，成為服務于我們更好美生活的數據。

現在人類生活的世界，無處不遍布著各種各樣的傳感器。傳感器的未來已來。