物聯(lián)網(wǎng)傳感器占三分之一！達(dá)500億個109億美元！5大技術(shù)徹底改變格局
近期，全球知名物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)咨詢機構(gòu)IoT Analytics Research發(fā)布了《IoT Sensors Market Report 2022-2027》（《2022-2027 年物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場報告》），闡述了他們對未來5年全球物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場的看法。 報告中數(shù)據(jù)指出，全球物聯(lián)網(wǎng)傳感器占 2022 年所有傳感器出貨量的三分之一，現(xiàn)在每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備平均配備4個傳感器。 此外，報告中提出了未來幾年影響全球物聯(lián)網(wǎng)傳感器的5種關(guān)鍵技術(shù)及其趨勢，這些技術(shù)將改變未來格局。本文，我們來看看這些物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)趨勢。 500億個，109億美元，2022年全球傳感器出貨量三分之一是物聯(lián)網(wǎng)傳感器 近年來物聯(lián)網(wǎng)的興起與傳感器的興起齊頭并進(jìn)。平均而言，每個新上線的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都會連接4個新傳感器。目前有大約 140 億個物聯(lián)網(wǎng)連接，這意味著已經(jīng)部署了超過 500 億個連接的物聯(lián)網(wǎng)傳感器。 物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)堆棧中起著至關(guān)重要的作用，因為這些傳感器從物理世界收集數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 2022 年出貨的所有傳感器中有三分之一是物聯(lián)網(wǎng)傳感器，這意味著它們是物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備的一部分。根據(jù)《2022-2027 年物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場報告》，物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場在 2022 年達(dá)到 $10.9B（109億美元），預(yù)計未來五年的復(fù)合年增長率將達(dá)到 16%，2027年物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場有望達(dá)到221億美元。基于 MEMS 的物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場尤為強勁，到 2022 年占全球傳感器收入的 50%。該細(xì)分市場的領(lǐng)先公司是博世（Bosch Sensortec）和意法半導(dǎo)體（ST Microelectronics）。 圖像傳感器市場對物聯(lián)網(wǎng)也特別重要，因為三個最重要的物聯(lián)網(wǎng)用例推動了它的采用，即機器視覺、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控攝像頭和高級汽車駕駛輔助系統(tǒng)。該領(lǐng)域的領(lǐng)先傳感器供應(yīng)商包括Sony和AMS AG。 5大物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)趨勢 物聯(lián)網(wǎng)傳感器市場有幾項激動人心的技術(shù)創(chuàng)新，在本文中，重點介紹了未來幾年將改變物聯(lián)網(wǎng)傳感器格局的5種物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)趨勢。 1、傳感器將變的越來越智能，可以充當(dāng)邊緣設(shè)備 傳感器變得越來越先進(jìn)，物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的關(guān)鍵創(chuàng)新包括更高的計算能力和檢測來自多個離散傳感元件的信號的能力，業(yè)界將這些更先進(jìn)的設(shè)備稱為“智能傳感器”。 智能傳感器不是簡單地將傳感器信號傳遞到價值鏈的下一級，而是可以直接處理信號（例如，驗證和解釋數(shù)據(jù)、顯示結(jié)果或運行特定的分析應(yīng)用程序），通過這種方式，傳感器成為邊緣設(shè)備。最先進(jìn)的智能傳感器現(xiàn)在也將 AI 融入到它們的設(shè)計中。這些傳感器專為人工智能推理而設(shè)計，具有許多優(yōu)勢，例如可以立即做出決策，并且可以處理敏感數(shù)據(jù)而無需將其傳輸?shù)狡渌胤剑瑥亩鴾p少數(shù)據(jù)被盜的風(fēng)險。 應(yīng)用案例：2022 年 1 月，亞馬遜推出了其 Ring 家庭安全玻璃破碎傳感器（Ring Glass Break Sensor），該傳感器利用人工智能技術(shù)和 Syntiant NDR101BQQF 神經(jīng)處理器直接在傳感器上檢測玻璃破碎。該傳感器可準(zhǔn)確檢測到 25 英尺外的玻璃破碎事件，例如窗戶被打碎或破裂，并當(dāng)場發(fā)出警報。 2、傳感器變得更加節(jié)能 越來越多的傳感器使用可再生能源為自身供電，例如太陽能或動能，從而無需更換電池或接入其他電源。這項創(chuàng)新提高了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的可靠性和使用壽命，尤其是那些部署在偏遠(yuǎn)或無法訪問的位置的設(shè)備。這些設(shè)備是自我可持續(xù)的，有助于減少整個系統(tǒng)設(shè)備對環(huán)境的影響。 能量收集的使用導(dǎo)致傳感器設(shè)計發(fā)生變化，通過以下變化使傳感器更加節(jié)能：減小外形尺寸。使用小型超低功耗微控制器（例如 STMico STM8L）傳感器不會消耗太多能量。 提高信噪比。為了節(jié)省能源，傳感器可以內(nèi)置一個信號處理組件，可以濾除噪聲或干擾，以便有針對性地使用傳感器，來檢測和測量那些被需要的信號。 應(yīng)用案例： ECO 是設(shè)計用于室內(nèi)環(huán)境的溫濕度傳感器。它由室內(nèi)太陽能電池供電，無需電池或外部電源即可在建筑物內(nèi)運行。由于其節(jié)能設(shè)計和太陽能電池的使用，該設(shè)備可以在黑暗中使用長達(dá) 30 天。該設(shè)備通過 LoRaWAN 技術(shù)連接，允許它使用最小的功率遠(yuǎn)距離無線傳輸數(shù)據(jù)。這使其非常適用于各種室內(nèi)環(huán)境，例如辦公室、倉庫或工廠。 3、軟傳感器和虛擬傳感器將越來越多地補充物理傳感器 在某些情況下，安裝物理傳感器不切實際或成本高昂（例如，在復(fù)雜或危險的環(huán)境中）。即將推出的替代解決方案包括軟傳感器和虛擬傳感器。 軟傳感器（Soft Sensors）是一種計算算法，它基于其他現(xiàn)有的物理傳感器和推斷測量量值的算法/計算模型來估計難以測量的量的值。有許多著名的軟件算法（例如卡爾曼濾波）可以視為是軟傳感器，更近期軟傳感器的實現(xiàn)會使用類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及模糊邏輯。虛擬傳感器（Virtual Sensors）類似于軟傳感器，不同之處在于它的值不是基于現(xiàn)有的物理傳感器，而是純粹基于算法/計算模型。 軟傳感器案例：羅克韋爾（Rockwell Automation）的 Predictive Quality軟件應(yīng)用程序創(chuàng)建預(yù)測模型，使用來自儀器和實驗室分析的實時數(shù)據(jù)來估計過程和產(chǎn)品條件。這些模型基于歷史工廠數(shù)據(jù)，并作為軟傳感器來預(yù)測質(zhì)量參數(shù)（作為附加物理傳感器的替代方案）。 虛擬傳感器案例：2021 年，西門子開發(fā)了一種微型邊緣計算機，可以連接到資產(chǎn)（例如電機）并幫助計算虛擬傳感器值。例如，可以通過將最新的運行電機數(shù)據(jù)輸入數(shù)字模型來實時計算溫度。此操作既不需要現(xiàn)場溫度計也不需要任何其他實際傳感器讀數(shù)，因為它依賴于機器狀態(tài)參數(shù)和電機的虛擬模型。 4、圍繞傳感器融合的創(chuàng)新（尤其是自動駕駛） 傳感器是自動駕駛汽車的重要組成部分，因為它們?yōu)槠囂峁┯嘘P(guān)其周圍環(huán)境的信息。車輛的車載計算機使用此信息來導(dǎo)航和做出決策。自動駕駛的三個關(guān)鍵傳感器包括 LiDAR（激光雷達(dá)）、雷達(dá)（毫米波、超聲波等）和 3D 相機（圖像傳感器）。 奔馳、寶馬、沃爾沃和通用汽車等主要汽車制造商已選擇激光雷達(dá)作為自動駕駛核心傳感器。 此前（2021 年之前），特斯拉主要依賴雷達(dá)技術(shù)。然而，最近該公司通過在 2021 年從 Model 3 和 Model Y 中移除雷達(dá)，隨后在2022 年從 Model S 和 Model X 中移除雷達(dá)，開始向 Tesla Vision（基于攝像頭的視覺系統(tǒng)）過渡。索尼、Mobileye 和 Waymo等公司目前正專注于物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)創(chuàng)新，將攝像頭與激光雷達(dá)、毫米波&超聲波雷達(dá)等其他傳感技術(shù)相結(jié)合，以改進(jìn)其自動駕駛解決方案的圖像分析。 由于相機、雷達(dá)和 LiDAR 感知環(huán)境的不同特征，這種組合背后的算法（也稱為“傳感器融合”或“冗余”）是為系統(tǒng)提供更豐富的數(shù)據(jù)模型來決定行動方案或計算輸出。 總的來說，自動駕駛汽車中的傳感器協(xié)同工作以提供車輛周圍環(huán)境的完整圖像，使其能夠做出安全高效的駕駛決策。 應(yīng)用案例：索尼依靠使用帶有 LiDAR 或雷達(dá)的攝像頭來執(zhí)行自動駕駛應(yīng)用中的物體識別任務(wù)。例如，該公司目前正在研究一種結(jié)合攝像頭和雷達(dá)的解決方案，這種組合可能有利于在夜間識別人和車輛。攝像頭和 LiDAR 組合有利于停車輔助功能，這需要高度精確的距離測量。
“只有當(dāng)所有技術(shù)部件都構(gòu)建為一個集成系統(tǒng)時，自動駕駛汽車才會成功，從而實現(xiàn)其所有部件之間的協(xié)同作用。構(gòu)建從硅片到自動駕駛系統(tǒng)的全棧流程是一項艱巨的任務(wù)——這正是 Mobileye 著手做的事情。”Mobileye 首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人 Amnon Shashua 教授
5、生物傳感器日趨成熟（主要用于醫(yī)療保健應(yīng)用） 生物傳感器和一次性傳感器技術(shù)近年來已經(jīng)成熟，并已被醫(yī)療保健行業(yè)采用。生物傳感器研究的最新突破表明，該技術(shù)在一些領(lǐng)域已接近大規(guī)模商用水平。生物傳感器是生物元件與被測分析物相互作用，換能器將生物反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電信號。根據(jù)其應(yīng)用場景，生物傳感器也常常稱為免疫傳感器（immunosensors）、光極（optrodes）、共振鏡（resonant mirrors）、化學(xué)金絲雀（chemical canaries）、生物芯片（biochips）、血糖儀（glucometers）或生物計算機（biocomputers）。 應(yīng)用案例：雅培Abbott FreeSTyle Libre是商業(yè)化最廣的血糖監(jiān)測生物傳感器解決方案之一。FreeStyle Libre 系統(tǒng)目前在全球擁有超過 300 萬用戶。2022 年第二季度，Abbot報告稱FreeStyle Libre 系統(tǒng)的銷售額有機增長超過 25%。 此前，傳出消息稱，著名消費電子巨頭蘋果公司，在無創(chuàng)式血糖傳感器的研發(fā)上取得巨大突破，未來有望在可穿戴設(shè)備上進(jìn)行血糖監(jiān)測。 結(jié)語 過去一年中，全球傳感器里有三分之一的出貨量來自物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的傳感器，可見物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為傳感器最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，物聯(lián)網(wǎng)市場對傳感器來說越來越重要。 在物聯(lián)網(wǎng)傳感器中，更加智能化、更加節(jié)能化（甚至自供電）、軟傳感器&虛擬傳感器增多、傳感器融合、生物傳感器更加成熟是報告中提出的5大傳感器技術(shù)發(fā)展趨勢。 這些趨勢，均與未來傳感器在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮的更大作用息息相關(guān)。譬如更加成熟的生物傳感器，將使我們居家健康檢測成為可能，尤其是無創(chuàng)式血糖傳感器技術(shù)，以及微型可穿戴壓力傳感器技術(shù)等，將革新個人健康監(jiān)測，創(chuàng)造數(shù)以百萬計的新需求。 未來，物聯(lián)網(wǎng)仍將是傳感器最廣闊的市場之一，尤其是結(jié)合我國數(shù)字中國等政策支持，值得許多傳感器廠商基于自身的傳感器技術(shù)優(yōu)勢，去開發(fā)新的用例，去定義新的產(chǎn)品。
審核編輯黃宇
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