物联网大时代——传感器技术

2017-03-23 17:29:01 admin 45

       在这个新型互联的世界之下,是由机器与机器通信组成的复杂网络。

       小巧玲珑的电子传感器给我们的生活带来巨大冲击。我们日常生活的每时每刻,这些毫不起眼但却非常关键的设备会将数据流转化为意义重大的决策。

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  它的好处不可估量。近年来,传感器在物联网的引擎火花塞上刻下了深深的痕迹。数千亿的传感器已经被植入到规模庞大的联网物理对象中,让一切相关事物都焕发出活力,无论是能远程监测心跳频率和药物服用的先进健康医疗设备,还是能跟踪丢失钥匙和从智能手机关闭烤箱的系统,抑或是协助给室内植物浇水的装置,都与传感器分不开。

  而这一切,还仅仅是个开始。

  “在这个刚刚到来的大数据时代,下一步究竟会发展成什么模式,没人知道,”TE Connectivity公司的首席现场传感器应用工程师布莱恩·里姆说道。“传感器能很快地让我们身临其境,使我们能迅速收集、汇总和了解海量数据。”而且,随着更为智能的对象已变得无处不在和相互连接,一个充满机遇的新世界将从这些设备所产生的更大、更丰富的数据集里出现。各行各业的研究人员能够做出更加准确的预测,对我们身边的世界发表更为深入的见解,不过这一切只有在他们成功的收集了流入的信息,并准确理解之后才能实现。

  在全球的新兴经济体中,传感器驱动的科技能够促进出社会经济发展,提升国家在世界舞台的竞争力。美国波特兰州立大学的SWEETLab实验室正在进行几个项目,设计目的是在日益恶化的环境中提高生活品质,并将公众的注意力转向该实验室称之为“破坏之物联网”的概念。他们的显示器已经应用在很多项目中,包括肯尼亚的水泵,印度的烹饪炉,以及印度尼西亚的饮水过滤器。与之类似的,在越南的小型农场,正在进行物联网驱动的“智慧农业”,以提高生产效率,保护农场不受害虫和气候变化的影响,提升作物的品质。传感器能监测灌溉、施肥和温度波动,还能降低成本和减少疾病风险。

  就很多专家而言,这些最激动人心的巨大发展要拜传感器所赐。“对于尖端传感器技术的最新发展,大家很容易感到兴奋。不过之后你会失去大局观,”普华永道的首席科技专家克里斯·柯伦说道。“真正的优势——同时也是最大的挑战——将会是使用数据,并从你收集的信息中获取价值。这些是这个领域的关键。

  获得见识能力的亿万条大道

  无论传感器是任何种类,它的目标都很简单:收集可以用于运算和分析的信息(振动、温度、压力和电压),以便做出更好的实时决策。传感器收集的数据越多,信息的实时分析就越准确。传感器最初的研制目的是用于喷气机引擎这样的大型且昂贵的工业平台,有助于在产品周里发现问题零件,避免在真正工作中出现故障。“多数传感器应用程序源自安全系统,” TE Connectivity公司的运输解决方案总裁斯蒂夫·默克特表示。“后来它们在其他行业也大放异彩。”

  研究人员预计,今年将会有近64亿个联网对象,比2015年增加了百分之30;到2020年时,这个数字将攀升至208亿。物联网行业已经步入正轨,到2020年时将连接500亿个“智能”物体,而且很快就会达到1000亿,美国国家科学基金会如是表示。

  配置了传感器的设备已经产生了海量的数据。行业专家估计,我们每天生成的信息相当于自从文明诞生以来到2003年的所有信息的总和。一些专家甚至认为全世界百分之90的数据都是在过去2年中生成的。实时分析已经变得比以往任何时候都更为关键,因为从数据分析中获得的见识会使人们持续关注更高的效率,无论是工作效率还是制造产品的效率。

  Pegasus Global Holdings是一家位于华盛顿特区的科技研发公司,公司总经理鲍勃·布伦利表示,“我们在多个角度观察以传感器为基础的经济。传感器正在发展成为一个我们可以得到各行各业商机的平台”。

  这些新的商机将会以哪种方式形成规模?我们跟一些专家进行了交流,期待有所发现。

  家庭医疗保健

  传感器已经在全球医疗行业大展雄图,在很多医院的日常工作中,被用于监测设备运行和病人护理的关键信息。例如,透析设备的传感器能检测血压、力度和温度等核心参数,在病人的泵血中起到了很大的作用。

  将医疗保健转移至家庭的趋势正在愈演愈烈,传感器也是其中的一部分。之所以是一部分,是因为美国有近1300万老年人独自生活,总部位于旧金山的家庭护理机构软件制造商ClearCare表示。

医疗公司希望这些带有传感器的设备能令老年人保持更久的独立生活能力,减少使用专业护理人员的成本。这些工具可以有很多种形式:知道自己是否被开启的药瓶,能跟踪步态的袜子,枕头下能记录睡眠时间的设备,甚至是在皮肤上能持续监测体温的小标签。这些关键的信息将被传送给医生,如果看起来不对劲,就可以快速采用措施。

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  类似的监测可以用在飞行中,无论是血压,还是葡萄糖水平等,从而避免发生致命的危险。

  “人体像个超级电脑,到处都有感官输入,”TE Connectivity公司的里姆说道。“甚至连身体在偷偷做我们不知道的事,很快我们也能测量。我们能捕获和测量的信息越多,就能对病人的健康状况了解的越多。”

  其他传感器助力的产品可能也会在改善心理医疗方面发挥作用。设计师兼制造者克洛伊?梅奈克发明了一种能帮助失智症患者的设备——音乐记忆盒。用户将无线射频标签附着在熟悉的物体上,例如收到的奖状或小礼物上。当物体放置于音乐记忆盒的中心,读取器会识别无线射频号码,然后播放相应的音乐或歌曲,或许能勾起病人不曾触及的回忆。梅奈克的项目借鉴的医疗研究成果是,失智症患者的记忆已被证明可会被音乐触发,尤其是患者过去听过的歌曲和作品。

  让智能汽车更安全、高效

  不用说,自动无人驾驶汽车一定是酷毙了。不过,在它正以其科幻魅力牢牢占据媒体的头版时,以传感器为基础的科研探索者也正致力于将它变得更为安全和高效。自动无人驾驶汽车主要依赖轻型雷达传感器,它能发出激光探测附近的物体以确认距离,然后以3D形式绘制车辆周围环境。轻型雷达比普通雷达的探测距离近的多,不过更短的波长能令解析率大为提高。很多自动驾驶汽车使用一种能在视野范围内每秒扫描220万个数据点的轻型雷达,并精确定位远达120米的物体位置,误差以厘米计。

  在自动驾驶汽车的案例中,无线通信能令车辆之间互相联系,以监控包括行人和骑行者在内的周围环境,从而提升安全性。最快在2017年秋,美国联邦交通部门可能要求所有的新车安装传感器助力的车对车(V2V)通信技术。

  打造一个全传感器的舒适型智慧城市

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        在城市生活绝非易事。这里既嘈杂、又拥挤,压力还大。不过情况并非始终如此。

  在城市环境下,传感器在维护健康和减少压力方面大有可为。例如,伦敦的企业家正在实验以传感器为基础的监控系统,它设计的目的是帮助那些持续暴露在飞机噪音下的人们。飞机噪音据说容易导致心血管疾病。飞机场附近有多个传感器组成网络,这一系统从该网络收集噪音数据,以便让公众对长期暴露在飞机引擎轰鸣声中可能会引起健康风险增加了解。实验的发起人表示,他们希望用收集到的证据来阻止希斯罗机场修建第三条飞机跑道。

  不过,进行最大也是最具未来气息项目的城市或许根本不是个城市。“创新、测试和评估中心”(CITE)是一个位于新墨西哥州沙漠的人造城市,在墨西哥边境北部约60英里处。CITE由Pegasus Global Holdings公司创立,旨在模仿有35000人口,居住范围15平方英里的普通美国城镇。里边有高耸的办公大楼、狭窄的巷子、公园、房屋、教堂,模拟的州际公路,加油站,以及绰号为“大盒子”的大型连锁商店。只不过,里边没人居住。

  CITE的目标是,在真实条件下进行大规模和互连的基于传感器的科技实验。这些实验将围绕着智能运输系统(例如人工智能助力的交通管理,和充斥着无人驾驶快递车辆的道路),替代能源发电(包括太阳能和地热)、智能电网技术等计划开展,以及在数据收集、传感器、大众监控、安全和电脑系统方面进行实验。

  “我们尝试建立一个高成本、遍布传感器的运行环境,它将体现一个系统影响另一个系统的涟漪效应,”Pegasus Global Holdings公司的总经理布伦利表示。“一旦你将所有事物都连接起来,真正有趣的事情就开始了。”

  无论是在健康医疗、城市规划,还是城市交通方面,传感器正在全球高效的新时代——注重能进行学习和预测的机器时代——发挥着核心作用。随着更多的设备通过传感器焕发了第二春,而且提升了效率,那么下一代的工程师、创新者和艺术家的使命是,发掘由数据构成的世界所给予的几乎无限的机会。通过监测和汇集传感器生产的海量数据,我们能够做出更聪明的决策,让生命更健康,生活更惬意。


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