Công nghệ cảm biến trong kỷ nguyên IoT - Công nghệ của tương lai
Công nghệ điện tử mềm IoT có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của các cảm biến không dây, giúp chúng ta nhận biết các dấu hiệu tự nhiên của con người trên bề mặt da cũng như bên trong cơ thể. Các cảm biến đeo được dính lên bề mặt da, có thể phân biệt các phát triển cơ học của cơ thể và sinh học cơ thể khác nhau, ngoài ra cảm biến nhận biết các dấu hiệu hữu cơ ví dụ: các thành phần có lợi từ mồ hôi và nhiệt độ bên trong cơ thể.
Với sự phát triển của công nghệ điện tử mềm, các cảm biến đã phát triển thành nhiều dạng khác nhau để cảm nhận thông tin sinh học của con người một cách tối ưu nhất. Công nghệ điện tử mềm áp dụng trên da người hoặc cấy vào bên trong cơ thể.
- Ví dụ: các thiết bị điện tử có thể đeo và kéo dài có thể được gắn ở bất cứ đâu trong cơ thể và ghi lại thông tin như nhiệt độ cơ thể, nhịp tim và huyết áp.Thông tin thu về cho phép mọi người không chỉ kiểm tra tình trạng cơ thể mà còn tích lũy thông tin sinh lý, nâng cao chất lượng cuộc sống hàng ngày. Hơn thế nữa, các thiết bị điện tử linh hoạt và mềm biến đổi các thiết bị y sinh cồng kềnh thành các thiết bị cấy ghép và tương thích sinh học, cho thấy triển vọng đầy hứa hẹn cho các ứng dụng lâm sàng.
- Ví dụ, điện tử sinh học tiên tiến với nền tảng linh hoạt được phát triển không chỉ để ghi lại các tín hiệu sinh học mà còn để kích thích và kiểm soát các cơ quan hoặc hệ thần kinh. Các bộ phận giả thần kinh mềm cung cấp kết nối giữa hệ thống thần kinh của con người với các thiết bị hoặc các hệ thống cơ khí (chi giả,…), từ đó thay thế hoặc tăng cường các giác quan cảm nhận, vận động của con người.
Xem thêm: Cảm biến quang siêu mỏng dành cho các thiết bị điện tử đeo trên người được áp dụng tại Ấn Độ
Để cung cấp năng lượng bền vững cho các thiết bị điện tử được cấy, một xu hướng nghiên cứu khác là phát triển máy thu năng lượng với các hình thức có thể đeo và cấy được chuyển năng lượng cơ thể của con người thành năng lượng điện hữu ích.
Điều này có thể vượt qua những thách thức quan trọng tiếp theo trong khía cạnh độ bền và khả năng được sử dụng lâu dài của các thiết bị đó:
- Nguồn năng lượng nhẹ đáng tin cậy ngang với công suất phát âm thanh;
- Kích thước cồng kềnh của điện tử sinh học khi cấy ghép tích hợp với nhiều thành phần hoạt động (như bộ khuếch đại để ghi chép tín hiệu thần kinh và bộ kích thích để kích thích thần kinh)
- Các thiết bị điện tử bổ sung được đặt bên ngoài cơ thể để xử lý tín hiệu phức tạp, cung cấp tín hiệu phản hồi và vận hành hệ thống khép kín. Hơn nữa, các thiết bị này có thể được sử dụng làm cảm biến hoặc nguồn năng lượng để kích thích các cơ quan hoặc hệ thần kinh.
Mô hình này chuyển từ điện tử cứng sang điện tử linh hoạt, liên tục đòi hỏi phải có kích thước nhỏ hơn, nhẹ hơn, công suất cao hơn nhưng cũng phải bao gồm các vật liệu tương thích sinh học, đặc biệt là trong ứng dụng cấy ghép. Các vật liệu 2D tiên tiến cũng như các vật liệu phân hủy sinh học được áp dụng cho các cảm biến và máy thu năng lượng để đáp ứng các yêu cầu này. Những thay đổi mang tính cách mạng trong các thiết bị điện tử linh hoạt này đã mở ra một kỷ nguyên mới và có thể khuếch đại mạnh mẽ khi được kết hợp với dòng chảy của Internet of Things (IoT) và Trí tuệ nhân tạo (AI).
Mô hình kinh doanh truyền thống được thay đổi bởi sự mở rộng của Big Data và sự phát triển của công nghệ Internet of Things (IoT). Thương mại điện tử là sự kết hợp của mô hình kinh doanh truyền thống và công nghệ mạng cũng như hệ thống thông tin trong kỷ nguyên thông tin, vì vậy nó đang phải đối mặt với cả những cơ hội và thách thức quan trọng. Dựa trên một nghiên cứu của bà Elisabetta Raguseo, trợ lí giáo sư ở đại học Politecnico, Torino (Italy), Internet of Things sử dụng các công nghệ cảm biến để có được thông tin, chẳng hạn như trạng thái, vị trí và thuộc tính sự vật. Số lượng các mô hình quản lý truyền thống đã tạo ra bước đột phá dựa trên việc kết hợp các công nghệ mới như IoT, Big Data và lưu trữ đám mây đang ngày càng tăng lên, được nhắc đến trong bài “Big Data Analysis Platform of Open-Pit Mine Slope”. Một cảm biến có thể được sử dụng để cảm nhận các yếu tố vật lý như độ ẩm, nhiệt độ và thậm chí cả hành vi của con người.
Nhiều cảm biến có thể được gắn vào một đối tượng hoặc thiết bị. Ví dụ ,cảm biến tốc độ có thể được gắn vào xe để phát hiện tốc độ di chuyển. Thông thường thì việc thu thập những dữ liệu này là không đơn giản, nhưng Internet of Things có thể làm được. Hành vi và khuynh hướng của khách hàng có thể được nhận định chính xác mà không phụ thuộc vào dữ liệu, điều này rất quan trọng trong thương mại điện tử. Ngày nay, các công nghệ cảm biến mới, như công nghệ cảm biến theo dõi bằng mắt, đã xuất hiện và phát triển trong những năm gần đây giúp chúng ta có thể biết được đặc điểm hành vi của người tiêu dùng trong quá trình mua sắm trực tuyến tốt hơn. Hơn nữa, dữ liệu cảm biến có thể được gửi lên đám mây, sau đó được xử lý bởi nền tảng big data và cuối cùng là phục vụ cho thiết kế trang web, tiếp thị điện tử và quảng cáo điện tử.
Do đó, việc áp dụng IoT có thể thúc đẩy hiệu suất của người tiêu dùng trong thị trường điện tử, và nó có thể được sử dụng để lập ra kinh doanh thông minh (trí tuệ doanh nghiệp) trong thị trường điện tử.
Các mặt hàng được sản xuất với nước tái chế là một trong những sản phẩm tái chế. Tái sử dụng nước góp phần vào việc loại bỏ ô nhiễm và cải thiện nguồn nước, một điều rất quan trọng để giải quyết vấn đề khan hiếm nước trên toàn thế giới. Do đó, điều cần thiết là nghiên cứu làm thế nào để thúc đẩy tái sử dụng nước và hướng dẫn người tiêu dùng mua các mặt hàng được sản xuất bằng nước tái chế theo Fu and Liu, 2017. Trong 100 năm qua, nhu cầu nước của con người là cao gấp 8 lần so với trước đây – trong báo cáo của Tie, Wada, and Jcjh, 2017. Hoạt động của con người là yếu tố chi phối ảnh hưởng đến hệ thống tuần hoàn nước tự nhiên. Hệ lụy của nó nghiêm trọng đến mức phá hủy khả năng hồi phục của môi trường, góp phần phá hủy hệ sinh thái. Trong khu vực đô thị, nơi có mật độ dày đặc các ngành công nghiệp và con người, khoảng cách về cung và cầu đối với tài nguyên nước đã trở nên rất gay gắt. Vì vậy, điều tối cần thiết lúc này là chống lại sự khan hiếm nước trong phát triển kinh tế xã hội bằng việc thay thế nước ngọt bằng các nguồn nước khác.
Các tiêu chuẩn LPWAN mới cho cảm biến không dây:
Trong những năm 2018 đến nay, xu hướng kết nối các thiết bị đơn giản như cảm biến đo rung với Internet và tầm nhìn kết nối hàng tỷ vật thể hàng ngày trên khắp thế giới, đã thúc đẩy ra một loại tiêu chuẩn không dây mới được gọi là mạng diện rộng công suất thấp hoặc LPWAN. LPWAN là một loại công nghệ vô tuyến cụ thể được sử dụng để gửi một lượng nhỏ dữ liệu qua khoảng cách rất dài.
Mạng LPWAN chịu ít tác động hơn từ các cảm biến không dây được kết nối khi truyền nhận dữ liệu và rất rẻ để đầu tư. Với LPWAN, người dùng cuối sử dụng băng thông để tăng phạm vi kết nối, phù hợp với những người triển khai các cảm biến không dây đơn giản. Các giải pháp LPWAN thường hiệu quả hơn về chi phí, cho phép các công ty tìm được chỉ số hoàn vốn (ROI) có lời cho các ứng dụng IoT của họ.
Có một số giao thức LPWAN hàng đầu có sẵn trên thị trường hiện nay. Trong số này, LoRa, Sigfox và NB-IoT là những ứng dụng được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất để hỗ trợ các cảm biến không dây.
LoRa sử dụng sơ đồ phát triển độc quyền gọi là Phổ rộng Chirp, cho phép liên kết truyền thông một cách tuyệt vời và có thể đạt được các tín hiệu nằm dưới mức nhiễu RF. Do đó, các cảm biến Lorawan có thể truyền các gói dữ liệu lớn hơn qua các môi trường nhiễu trên một khoảng cách dài. Mạng LoRa có thể sử dụng trạm gốc LoRaWAN công cộng hoặc Gateway riêng, điều này đặc biệt hữu ích cho các cảm biến không dây ở các khu vực vùng xa, nơi không thể truy cập tới gateway công cộng.
GatewayLoRaWan có sẵn từ các công ty như Multitech, Tektelic và Laird. Các gateway này sau đó có thể được kết nối với máy chủ mạng LoRaWAN dựa trên đám mây. Từ đó, dữ liệu được đẩy vào ứng dụng. Các gateway và máy chủ mạng được quản lý từ A-Z có sẵn từ các công ty như machineQ (một bộ phận của Comcast) trong đó người dùng thuê gateway và trả phí hàng tháng cho gateway hoạt động và phí quản lý máy chủ mạng.
Mặc dù việc triển khai riêng lẻ các Gateway LoRaWAN là phổ biến, có một số nhà cung cấp mạng WAN cung cấp các mạng công cộng được xây dựng trên nền tảng LoRaWAN. Senet, là một ví dụ, cho phép người dùng kết nối với cơ sở hạ tầng mạng hiện tại với một khoản phí hàng tháng. Mặc dù có một khoản phí hàng tháng cho mỗi thiết bị, người dùng Senet có thể triển khai các thiết bị, chẳng hạn như cảm biến nhiệt độ và độ ẩm, mà không cần bất kỳ cơ sở hạ tầng bổ sung nào. Mạng Things cung cấp cơ sở hạ tầng LoRaWAN miễn phí, mở và toàn cầu, nơi các nhà phát triển có thể xây dựng các ứng dụng IoT của riêng họ. Nhìn chung, Mạng lưới Things hỗ trợ 6,802 gateway tại 137 quốc gia khác nhau.
