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納米技術、物聯網和工業4.0將會在哪里相遇?

2019-05-23來源: 電子創新網關鍵字:納米技術  物聯網  工業4


隨著我們能夠記錄更多精確的數據,并且有更多種自動數據分析的方法,物聯網(IoT)、工業物聯網(IIoT)以及工業4.0獲得了顯著的發展。近年來,軟件、算法和機器學習的進步使得很多傳感器網絡實現了自動化運行,除非有系統通知,否則在運行過程中是不需要操作人員的。這些新型的傳感器網絡和數據處理方法被應用于智能建筑和工業生產等領域的各種應用,在這些應用中每個環節都很容易根據最近獲得的數據和歷史數據進行不斷的優化。在很多情況下,它們還可以自動更改內部運行條件,并且只有在出現問題或數據趨勢顯示即將停機時才會通知操作員,這無疑提高了多個行業的生產效率。


當我們說到物聯網時很多人都不會想到納米技術,但是納米技術已經被用來推動數據優化了。未來很有可能會在一些領域用于商業用途,這些領域涉及最初的數據采集到使用納米材料建立完整的信息交換網絡。


提升傳感器的性能


物聯網和工業4.0的核心正是傳感器本身,也許從納米技術受益最大的領域就是初始數據測量。隨著軟件和數據分析方法的發展,它們可以處理更多的數據,初始數據越精確那么整個物聯網系統就會更加的精確。


將納米材料作為“傳感材料”集成到各種類型的傳感器中是有據可考的,它們的使用帶來了更高的效率。納米材料尺寸小巧,特別是像石墨烯這樣的2D材料的表面積更大,能夠檢測更多環境變化。不過納米材料的傳感機制并不是都一樣的——有些是靠遠程感應,有些則是通過吸收分子,還有一些是感知物理變化的反應。


納米材料有各種各樣的特性,這樣的特性使傳感機制能夠有效工作——它們可以是通過測量不同距離的光學變化來傳感、也可以是通過表面原子的吸收情況來傳感,也可能是通過彎曲、拉伸或壓縮來傳感。一些納米材料至少具備其中一種能力,由于納米材料具有較高的導電性和載流子遷移率,因此具有較高的靈敏度和更準確的數據采集能力。當某物體被感知(通過吸附、物理反應)時傳感機制會引起納米材料導電率的變化,然后可以作為可測量的響應進行檢測。因為納米材料的導電性和載流子的遷移率通常都很高,所以對導電率的變化都有很高靈敏度,因此導電率的微小變化都能檢測得到。


納米級物聯網(IoNT)


納米技術與物聯網結合的第二個領域是創建物理網絡,由納米材料組成,通過在納米級別上相互通信的不同組件來促進數據的交換,這就是所謂的納米級物聯網(IoNT)。在發展方面它還沒有達到其它物聯網系統的水平,但是它已經引起了通信和醫療部門的興趣,其中一個例子是實地遙感測量,此外還有人體內不同參數的測量。


系統是怎樣工作的


與任何系統一樣,納米級物聯網(IoNT)也是由多個組件組成的。這些組件之間有兩種常見的通信方式,一種是電磁納米通信(電磁波的傳輸和接收),另一種是分子通信(分子中編碼的信息)。至于組件本身,IoNT有四個主要的部分幫助促進信息的傳遞,它們分別是納米節點、納米路由、納米微型接口設備和納米網關。


納米節點是IoNT建立過程中最簡單也是最小的組件,它們是最基礎的納米機器。這些小型的納米機器被用來傳輸數據和執行基本的計算。它們的尺寸(和能量)限制了它們傳輸數據的距離,而且它們的內存也非常的小。然而,它們通常被安排在特定的位置,并將數據傳輸給一個更大規模的納米路由器,然后該路由器可以將數據傳輸到更遠的距離。因此,這些納米節點通常作為系統中實際的傳感器組件。


納米節點將數據傳輸給納米路由器,納米路由器具有更強大的計算能力。因為它們具有更高的計算能力,所以它們充當所有獲取初始數據的納米節點的聚合器。它們還可以控制納米節點之間的交換命令,并將信息發送到納米微接口設備。這些接口設備能夠聚合來自納米路由器的所有數據,并使用納米通信技術和經典網絡協議的組合將數據傳輸給納米網關(反之亦然)。然后,網關可以作為整個系統的控制器,使得在任何地方都可以通過互聯網訪問這些數據。


總結


工業4.0只是剛剛興起,并且會在未來幾年持續的發展,這是已知的發展趨勢。然而,盡管傳統的數據傳輸、云計算和數據操作方法在很多行業中都得到了應用。但是還有一點,就像計算一樣,需要通過更小的架構進行數據傳輸。隨著工業4.0在工業的各個領域站穩腳跟,商業上的應用需求將會接踵而來,此時IoNT就會獲得更加廣泛的應用。


作者簡介


利亞姆·克里奇利(Liam Critchley)是一位作家、記者以及技術布道者。他專注于化學和納米技術,以及如何將分子水平上的基本原理應用于更多不同的領域。利亞姆最出名的可能是他教授知識的方法,他可以向科學家以及非科學家解釋復雜的科學問題。利亞姆目前已經在化學和納米技術交叉的各個科學領域和行業發表了350多篇文章。


利亞姆目前擔任歐洲納米技術產業協會(NIA)的高級科學宣傳人員,并且在過去幾年的時間里為全球不同地區的公司、協會和媒體網站撰寫文章。在成為一名作家之前,利亞姆獲得了納米技術和化學工程兩個碩士學位。



關鍵字:納米技術  物聯網  工業4

編輯:muyan 引用地址:http://www.xxmingchehui.com/IoT/ic462628.html
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