Сенсоры для Интернета вещей - реальность и перспективы

Производство сенсоров – это экстремальный бизнес. Стоимость сенсоров может падать в тысячу раз, благодаря тысячному увеличению продаж и грамотному редизайну. Это случилось, например, с сенсорами для мобильных телефонов. Это должно случиться с лидарами, используемых в роботизированных транспортных средствах. Сенсоры, системы и программное обеспечение – это больше, чем датчики сами по себе. Например, у вашего тела есть примитивные сенсоры, такие как глаза и пальцы, но оно обрабатывает данные вместе, поэтому целое больше, чем части. Такое "соединение сенсоров", чаще всего встречается в автомобилестроении, здравоохранении и робототехнике.

Сенсоры для Интернета вещей

Интернет вещей (Internet of Things - IoT) обещал добавлять в сеть миллиарды узлов в год, причем каждый их них должен иметь трансивер, микропроцессор и несколько сенсоров внутри, и все это по доступной цене в несколько долларов или меньше за единицу. Предполагалось, что все эти «вещи» будут взаимодействовать между собой без участия человека, но во имя его блага. Каждый такой узел должен был напрямую подключаться к Интернету, в отличие от модулей защиты от кражи, RFID и LPWAN. К сожалению, прирост элементов, подключаемых к IoT, в настоящий момент составляет одну тысячную от обещанного числа развертываемых модулей в силу того, что они редко бывают простыми и доступными.

К 2030 году ситуация может измениться, благодаря тому, что на помощь придет связь 6G. Ожидается, что 6G впервые объединит связь, сенсоры, системы позиционирования и другие аспекты в единую систему, и придет на смену 5G. 6G будет обслуживать узлы и устройства без электропитания или с низким энергопотреблением, решая проблему роста подключенных устройств к IoT. Важно отметить, что связь 6G выходит за рамки традиционных представлений, поскольку касается сенсоров, систем позиционирования, визуализации и периферийных вычислений, а также передачи данных. Приверженцы 6G говорят, что это может избавить от всех этих дорогих LIDARS и RADARS в роботизированных транспортных средствах, поэтому не придется снижать их цену. Это может быть правдой, но Tesla разрабатывает автомобили, которые перемещаются без подключения к Интернету, поэтому они могут ехать куда угодно.

Огромные потребности в новых сенсорах

Новые огромные потребности в новых сенсорах - часть сенсорной мелодрамы. Например, скоро в мире будет 500 миллионов человек с диабетом, и они могут оценить глюкометр, который вы просто носите с собой. Так, какова же картина? Сенсоры будут всегда важнее людей. Тем не менее, чаще всего они будет биометрическими – будут копировать полезные естественные свойства человека.

Источник: IDTechEx

Ведущие страны-производители сенсоров

К патентам нужно относиться с большой осторожностью, потому что, например, китайцы склонны патентовать сенсорную систему, а не сам сенсор. Япония, Китай и Корея разрабатывают сенсоры более массово, чем большинство других стран.

Подтверждение рецессии

Патентные тенденции в сочетании с другими показателями показывают нам, куда движутся исследования и, возможно, объемы продаж. Патентование сенсоров происходит очень активно, и на этот процесс не повлияла рецессия, связанная с COVID-19. Отчасти это связано с тем, что они являются ключевой технологией, позволяющей решать все больше и больше задач на все большем и большем количестве типов оборудования и во все большем числе отраслей.

Сенсоры для «умных» городов

Несмотря на рецессию в «Умные» города вкладываются большие средства. Например, саудовский проект «умного» туристического трансграничного города NEOM имеет бюджет в 500 миллиардов долларов, а его роботизированный подход с нулевым уровнем выбросов, высокой степенью защиты требует огромного количества сенсоров. Первый умный город проекта, «The Line», сможет вместить миллион человек, которым не нужно добираться до работы. Его возводят в пустыни, поэтому для производства и сохранения воды требуется множество сложных датчиков. «Forest City», отвоеванный у малазийского моря, имеет эквивалентные потребности и полезный бюджет в 100 миллиардов долларов для их удовлетворения.

Патенты на сенсоры по годам подачи заявок. Источник: IDTechEx

Кто лидирует в области патентования?

Давайте посмотрим поближе на этих ведущих патентовладельцев. В каких видах сенсоров они лидируют? Ниже указаны их места в рейтинговой таблице по определенным параметрам. Например, Samsung регистрирует наибольшее количество патентов в мире на акселерометры / измерители ускорения. Первое интересное наблюдение заключается в том, что многие лидеры патентовали сенсоры для защиты оборудования, в которое они устанавливают эти сенсоры, а не потому, что они хотят продавать сенсоры, как отдельную продукцию.

Лидеры в области патентования сенсоров. Источник: IDTechEx

Лидеры в области патентования сенсоров. Источник: IDTechEx

Canon уделяет большое внимание освещению / визуализации и связанным темам, например, сенсорам для экранов. Деятельность Toyota соответствует заявленному ею намерению устанавливать на автомобили двигатели, которые будут работать дольше, чем у большинства ее конкурентов. Ее прогнозы относительно будущих продаж электромобилей с аккумулятором далеко отстают от ведущих разработчиков, таких как Tesla и Volkswagen. Однако у Tesla мало патентов, но ее рыночная стоимость превосходит рыночную стоимость всех других производителей автомобилей, что свидетельствует о том, что патенты - это только часть истории.

Кто гонится за горячими темами?

Как эти ведущие патентообладатели работают с тремя перспективными типами сенсоров - автомобильными радарами, лидарами и биосенсорами? Есть два определения биосенсора, и здесь мы используем то, которое относится к использованию биологических механизмов для выполнения сенсорного анализа. Мы не имеем в виду какой-либо параметр, измеренный на живом существе.

Предполагается, что Toyota очень активна в области робототехнических технологий RADAR и LIDAR. Его многоцелевой робот-шаттл e-Palette является основой планируемого Toyota Woven City у подножия горы Fuji. Woven City задуман, как живая лаборатория. Здесь будут жить и работать исследователи, которые в реальных условиях смогут тестировать и разрабатывать технологии, связанные с робототехникой, мобильностью, умными домами и искусственным интеллектом.

Samsung явно активно расширяется в сфере здравоохранения, потому что принцип биосенсора особенно популярен в медицинской промышленности. Конечно, частью этого является превращение мобильного телефона в медицинское устройство. Samsung намерен оставаться лидером в области производства мобильных телефонов.

«Неинтересные» темы

А теперь сюрприз. Параметры, которые были впервые измерены очень давно, поэтому можно решить, что эти сенсоры уже отработаны и больше не исследуются. Температуры? Давления? Фактически, эти "неинтересные" темы являются основой большого и постоянно растущего числа патентов. В 2021 году только на сенсоры температуры может быть подано 50000 патентов! Причина, по-видимому, в растущем разнообразии спецификаций, требуемых для «неинтересных датчиков», и в необходимости постоянного снижения затрат за счет редизайна.

Сенсоры высшего уровня – превосходной степени

В заключение рассмотрим некоторые превосходные степени сенсора. Их можно понять, осознав, что визуализация является ключом к персональной электронике, развлечениям, здравоохранению и робототехнике. Измерение температуры жизненно важно от аккумуляторных электромобилей до промышленности, военной промышленности, здравоохранения, окружающей среды и других отраслей. Чистая окружающая среда и сохранение ее в таком состоянии - одна из новых мегатенденций.

Сенсор в превосходной степени. Источник: IDTechEx

Подробное исследование сенсоров в постковидную эпоху - Sensors 2021-2041. Полный портфель исследований IDTechEx в области сенсоров можно найти на сайте www.IDTechEx.com/Research/Sensors.