物聯網傳感器占三分之一！達500億個109億美元！5大技術徹底改變格局
近期，全球知名物聯網行業咨詢機構IoT Analytics Research發布了《IoT Sensors Market Report 2022-2027》（《2022-2027 年物聯網傳感器市場報告》），闡述了他們對未來5年全球物聯網傳感器市場的看法。 報告中數據指出，全球物聯網傳感器占 2022 年所有傳感器出貨量的三分之一，現在每個物聯網設備平均配備4個傳感器。 此外，報告中提出了未來幾年影響全球物聯網傳感器的5種關鍵技術及其趨勢，這些技術將改變未來格局。本文，我們來看看這些物聯網傳感器技術趨勢。 500億個，109億美元，2022年全球傳感器出貨量三分之一是物聯網傳感器 近年來物聯網的興起與傳感器的興起齊頭并進。平均而言，每個新上線的物聯網設備都會連接4個新傳感器。目前有大約 140 億個物聯網連接，這意味著已經部署了超過 500 億個連接的物聯網傳感器。 物聯網傳感器技術在物聯網技術堆棧中起著至關重要的作用，因為這些傳感器從物理世界收集數據并將其轉換為數字信號。 2022 年出貨的所有傳感器中有三分之一是物聯網傳感器，這意味著它們是物聯網連接設備的一部分。根據《2022-2027 年物聯網傳感器市場報告》，物聯網傳感器市場在 2022 年達到 $10.9B（109億美元），預計未來五年的復合年增長率將達到 16%，2027年物聯網傳感器市場有望達到221億美元。基于 MEMS 的物聯網傳感器市場尤為強勁，到 2022 年占全球傳感器收入的 50%。該細分市場的領先公司是博世（Bosch Sensortec）和意法半導體（ST Microelectronics）。 圖像傳感器市場對物聯網也特別重要，因為三個最重要的物聯網用例推動了它的采用，即機器視覺、聯網監控攝像頭和高級汽車駕駛輔助系統。該領域的領先傳感器供應商包括Sony和AMS AG。 5大物聯網傳感器技術趨勢 物聯網傳感器市場有幾項激動人心的技術創新，在本文中，重點介紹了未來幾年將改變物聯網傳感器格局的5種物聯網傳感器技術趨勢。 1、傳感器將變的越來越智能，可以充當邊緣設備 傳感器變得越來越先進，物聯網傳感器技術的關鍵創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，業界將這些更先進的設備稱為“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，驗證和解釋數據、顯示結果或運行特定的分析應用程序），通過這種方式，傳感器成為邊緣設備。最先進的智能傳感器現在也將 AI 融入到它們的設計中。這些傳感器專為人工智能推理而設計，具有許多優勢，例如可以立即做出決策，并且可以處理敏感數據而無需將其傳輸到其他地方，從而減少數據被盜的風險。 應用案例：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和 Syntiant NDR101BQQF 神經處理器直接在傳感器上檢測玻璃破碎。該傳感器可準確檢測到 25 英尺外的玻璃破碎事件，例如窗戶被打碎或破裂，并當場發出警報。 2、傳感器變得更加節能 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。這項創新提高了物聯網設備的可靠性和使用壽命，尤其是那些部署在偏遠或無法訪問的位置的設備。這些設備是自我可持續的，有助于減少整個系統設備對環境的影響。 能量收集的使用導致傳感器設計發生變化，通過以下變化使傳感器更加節能：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。為了節省能源，傳感器可以內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。 應用案例： ECO 是設計用于室內環境的溫濕度傳感器。它由室內太陽能電池供電，無需電池或外部電源即可在建筑物內運行。由于其節能設計和太陽能電池的使用，該設備可以在黑暗中使用長達 30 天。該設備通過 LoRaWAN 技術連接，允許它使用最小的功率遠距離無線傳輸數據。這使其非常適用于各種室內環境，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，在復雜或危險的環境中）。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會使用類神經網絡以及模糊邏輯。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軟件應用程序創建預測模型，使用來自儀器和實驗室分析的實時數據來估計過程和產品條件。這些模型基于歷史工廠數據，并作為軟傳感器來預測質量參數（作為附加物理傳感器的替代方案）。 虛擬傳感器案例：2021 年，西門子開發了一種微型邊緣計算機，可以連接到資產（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據輸入數字模型來實時計算溫度。此操作既不需要現場溫度計也不需要任何其他實際傳感器讀數，因為它依賴于機器狀態參數和電機的虛擬模型。 4、圍繞傳感器融合的創新（尤其是自動駕駛） 傳感器是自動駕駛汽車的重要組成部分，因為它們為汽車提供有關其周圍環境的信息。車輛的車載計算機使用此信息來導航和做出決策。自動駕駛的三個關鍵傳感器包括 LiDAR（激光雷達）、雷達（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技術。然而，最近該公司通過在 2021 年從 Model 3 和 Model Y 中移除雷達，隨后在2022 年從 Model S 和 Model X 中移除雷達，開始向 Tesla Vision（基于攝像頭的視覺系統）過渡。索尼、Mobileye 和 Waymo等公司目前正專注于物聯網傳感器技術創新，將攝像頭與激光雷達、毫米波&超聲波雷達等其他傳感技術相結合，以改進其自動駕駛解決方案的圖像分析。 由于相機、雷達和 LiDAR 感知環境的不同特征，這種組合背后的算法（也稱為“傳感器融合”或“冗余”）是為系統提供更豐富的數據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同工作以提供車輛周圍環境的完整圖像，使其能夠做出安全高效的駕駛決策。 應用案例：索尼依靠使用帶有 LiDAR 或雷達的攝像頭來執行自動駕駛應用中的物體識別任務。例如，該公司目前正在研究一種結合攝像頭和雷達的解決方案，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。
“只有當所有技術部件都構建為一個集成系統時，自動駕駛汽車才會成功，從而實現其所有部件之間的協同作用。構建從硅片到自動駕駛系統的全棧流程是一項艱巨的任務——這正是 Mobileye 著手做的事情。”Mobileye 首席執行官兼創始人 Amnon Shashua 教授
5、生物傳感器日趨成熟（主要用于醫療保健應用） 生物傳感器和一次性傳感器技術近年來已經成熟，并已被醫療保健行業采用。生物傳感器研究的最新突破表明，該技術在一些領域已接近大規模商用水平。生物傳感器是生物元件與被測分析物相互作用，換能器將生物反應轉化為電信號。根據其應用場景，生物傳感器也常常稱為免疫傳感器（immunosensors）、光極（optrodes）、共振鏡（resonant mirrors）、化學金絲雀（chemical canaries）、生物芯片（biochips）、血糖儀（glucometers）或生物計算機（biocomputers）。 應用案例：雅培Abbott FreeSTyle Libre是商業化最廣的血糖監測生物傳感器解決方案之一。FreeStyle Libre 系統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，在無創式血糖傳感器的研發上取得巨大突破，未來有望在可穿戴設備上進行血糖監測。 結語 過去一年中，全球傳感器里有三分之一的出貨量來自物聯網領域的傳感器，可見物聯網已經成為傳感器最重要的應用領域之一，物聯網市場對傳感器來說越來越重要。 在物聯網傳感器中，更加智能化、更加節能化（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大傳感器技術發展趨勢。 這些趨勢，均與未來傳感器在物聯網中發揮的更大作用息息相關。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，尤其是無創式血糖傳感器技術，以及微型可穿戴壓力傳感器技術等，將革新個人健康監測，創造數以百萬計的新需求。 未來，物聯網仍將是傳感器最廣闊的市場之一，尤其是結合我國數字中國等政策支持，值得許多傳感器廠商基于自身的傳感器技術優勢，去開發新的用例，去定義新的產品。
審核編輯黃宇
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