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    2022-5-19 10:20
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    互 联 网 轰 轰 烈 烈 发 展 至 今 , 红 利 已 过 , 利 润 下 滑 。 各 企 业 都 面 临 用 户 增 长 减 缓 、 产 业 布 局 同 质 化 严 重 等 诸 多 难 题 。 而 元 宇 宙 的 问 世 , 让 行 业 看 到 了 一 种 全 新 的 变 革 之 法 , 资 本 、 学 术 和 各 科 技 巨 头 不 断 涌 入 , 角 逐 这 一 全 新 的 领 域 。 元 宇 宙 的 诞 生 “ 元 宇 宙 ” 一 词 , 诞 生 于 1 9 9 2 年 的 科 幻 小 说 《 雪 崩 ( S n o w C r a s h ) 》 一 书 , 其 作 者 是 美 国 著 名 科 幻 作 家 尼 尔 . 斯 蒂 芬 森 ( N e a l S t e p h e n s o n ) 。 在 《 雪 崩 》 中 , 作 者 斯 蒂 芬 森 描 绘 了 一 个 与 现 实 世 界 平 行 的 虚 拟 世 界 , 在 这 里 , 人 们 用 数 字 化 身 来 控 制 , 并 相 互 竞 争 以 提 高 自 己 的 地 位 , 在 现 实 世 界 中 因 为 距 离 限 制 彼 此 隔 绝 的 人 们 , 可 以 通 过 各 自 的 数 字 化 身 , 在 这 个 虚 拟 世 界 中 自 由 的 交 流 和 娱 乐 。 英 文 原 著 中 将 这 个 虚 拟 世 界 称 呼 为 “ M e t a v e r s e ” , 从 字 面 上 看 , 是 由 “ M e t a ( 超 越 ) + v e r s e ( 宇 宙 ) ” 两 部 分 组 成 , 而 中 文 则 把 “ M e t a v e r s e ” 翻 译 为 “ 元 宇 宙 ” , 也 被 理 解 为 全 新 的 数 字 时 空 世 界 。 如 果 说 “ 虚 拟 世 界 ” 一 词 理 解 起 来 相 对 抽 象 , 那 2 0 1 8 年 美 国 导 演 史 蒂 文 . 斯 皮 尔 伯 格 执 导 的 科 幻 电 影 《 头 号 玩 家 》 , 让 人 们 对 元 宇 宙 有 了 更 真 切 和 深 刻 的 认 知 , 在 被 称 为 “ 绿 洲 ” 的 世 界 里 , 每 一 个 人 都 拥 有 着 独 立 于 现 实 的 数 字 分 身 , 在 其 中 自 由 创 造 和 生 活 。 元 宇 宙 概 念 火 热 , 但 业 界 目 前 尚 未 对 其 达 成 共 识 性 的 定 义 。 不 过 随 着 热 度 的 攀 升 , 业 内 的 权 威 专 家 也 表 达 了 自 己 的 见 解 , 清 华 大 学 新 媒 体 研 究 中 心 执 行 主 任 沈 阳 表 示 : “ 元 宇 宙 是 整 合 多 种 新 技 术 而 产 生 的 新 型 虚 实 相 融 的 互 联 网 应 用 和 社 会 形 态 。 它 基 于 扩 展 现 实 提 供 沉 浸 式 体 验 , 以 及 数 字 孪 生 技 术 生 成 现 实 世 界 的 镜 像 , 通 过 区 块 链 技 术 搭 建 经 济 体 系 , 将 虚 拟 世 界 与 现 实 世 界 在 经 济 系 统 、 社 交 系 统 、 身 份 系 统 上 密 切 融 合 , 并 且 允 许 每 个 用 户 进 行 内 容 生 产 和 编 辑 。 ” 元 宇 宙 , 好 在 哪 ? 摆 脱 了 现 实 世 界 的 各 种 束 缚 , 在 元 宇 宙 中 , 人 们 可 以 实 现 各 种 “ 异 想 天 开 ” 的 事 情 。 届 时 , 只 需 戴 上 V R 等 交 互 设 备 , 便 可 进 入 虚 拟 世 界 , 足 不 出 户 畅 游 世 界 。 去 看 看 阿 尔 卑 斯 山 的 雄 奇 , 去 法 国 庄 园 品 品 红 酒 , 去 香 榭 丽 舍 大 道 购 物 。 所 有 的 一 切 体 验 都 如 同 亲 身 所 至 , 这 主 要 归 功 于 元 宇 宙 中 所 提 供 的 同 现 实 完 全 一 致 的 数 字 孪 生 版 环 境 设 施 , 利 用 传 感 器 技 术 所 研 发 的 相 关 产 品 , 也 能 加 深 这 种 体 验 感 。 ( M e t a 正 在 研 发 的 触 觉 手 套 , 可 让 人 在 虚 拟 世 界 体 验 到 真 实 的 握 手 感 ) 在 虚 拟 世 界 中 , 学 习 和 生 产 方 式 也 将 受 益 。 你 可 以 将 一 部 机 器 完 全 拆 解 或 者 组 装 , 以 测 试 其 最 佳 运 行 状 态 , 得 出 最 佳 解 决 方 案 之 后 , 即 可 在 现 实 世 界 中 投 入 生 产 , 大 大 节 约 产 品 的 试 错 成 本 。 ( 宝 马 使 用 英 伟 达 O m n i v e r s e 构 建 数 字 孪 生 工 厂 ) 得 益 于 元 宇 宙 的 数 字 孪 生 环 境 , 你 还 可 以 尽 情 的 在 其 中 学 习 驾 驶 、 冲 浪 、 滑 雪 、 蹦 极 等 技 能 , 切 身 实 地 的 感 受 惊 险 刺 激 的 体 验 。 而 这 还 只 是 元 宇 宙 中 能 实 现 的 冰 山 一 角 。 总 而 言 之 , 元 宇 宙 就 像 是 平 行 于 现 实 世 界 外 的 另 外 一 个 世 界 , 拥 有 现 实 世 界 的 基 础 , 但 又 拥 有 着 与 现 实 截 然 不 同 的 世 界 规 则 。 例 如 人 们 的 生 命 体 在 现 实 世 界 消 失 后 , 其 数 字 化 分 身 或 能 借 助 人 工 智 能 等 技 术 存 活 于 元 宇 宙 中 , 实 现 真 正 意 义 上 的 永 生 。 元 宇 宙 为 何 爆 火 ? 元 宇 宙 的 爆 火 , 离 不 开 R o b l o x 这 家 公 司 , 自 2 0 0 4 年 成 立 以 来 , R o b l o x 一 直 在 努 力 打 造 一 个 类 似 元 宇 宙 的 游 戏 平 台 , 如 今 已 成 为 世 界 上 最 大 的 多 人 在 线 创 作 游 戏 平 台 。 与 别 的 游 戏 厂 商 不 同 , R o b l o x 不 仅 提 供 游 戏 , 还 为 用 户 提 供 游 戏 工 具 , 让 用 户 自 行 创 作 游 戏 , 实 现 完 全 由 用 户 打 造 的 去 中 心 化 世 界 的 激 进 式 路 径 。 作 为 “ 元 宇 宙 ” 概 念 头 号 公 司 , R o b l o x 也 提 出 了 元 宇 宙 的 基 本 要 素 : 身 份 、 朋 友 、 沉 浸 感 、 低 延 迟 、 多 样 性 、 随 地 、 经 济 、 文 明 。 即 在 元 宇 宙 这 个 虚 拟 世 界 中 , 每 个 人 都 应 有 一 个 身 份 信 息 , 拥 有 朋 友 和 社 交 关 系 , 所 处 的 虚 拟 世 界 感 受 真 实 且 没 有 延 迟 卡 顿 , 拥 有 真 实 世 界 不 支 持 的 多 元 化 体 验 , 数 字 基 建 和 便 携 式 终 端 设 备 满 足 随 时 进 入 虚 拟 世 界 , 拥 有 成 熟 的 经 济 体 系 和 文 明 。 今 年 3 月 份 , R o b l o x 正 式 登 录 纽 交 所 , 上 市 当 日 , 股 价 即 暴 涨 5 4 % , 市 值 超 过 4 0 0 亿 美 元 , 被 称 为 “ 元 宇 宙 第 一 股 ” , 正 式 推 开 了 元 宇 宙 的 大 门 。 而 真 正 让 元 宇 宙 迎 来 高 潮 的 , 当 属 F a c e b o o k 更 名 , 这 家 在 全 球 拥 有 着 近 3 0 亿 用 户 注 册 的 老 牌 社 交 平 台 , 宣 布 转 型 为 元 宇 宙 科 技 公 司 , 并 正 式 更 名 为 “ M e t a ” , 源 于 “ 元 宇 宙 ” ( M e t a v e r s e ) 一 词 。 M e t a 公 司 C E 0 扎 克 伯 克 表 示 : “ 元 宇 宙 是 下 一 个 科 技 前 沿 领 域 , 就 像 当 初 我 们 搭 建 社 交 网 络 一 样 。 ” , 表 明 了 其 押 注 元 宇 宙 的 决 心 。 除 了 F a c e b o o k 改 名 之 外 , 英 伟 达 、 微 软 、 亚 马 逊 、 高 通 、 腾 讯 、 阿 里 巴 巴 、 字 节 跳 动 、 网 易 等 一 票 科 技 巨 头 也 纷 纷 表 示 要 布 局 元 宇 宙 。 在 近 期 召 开 的 计 算 机 图 形 顶 级 会 议 A C M S I G G R A P H 2 0 2 1 上 , 英 伟 达 介 绍 了 旗 下 自 研 的 3 D 仿 真 模 拟 和 协 作 平 台 O m n i v e r s e , 并 自 曝 在 其 4 月 的 发 布 会 视 频 中 , 英 伟 达 首 席 执 行 官 黄 仁 勋 使 用 了 1 4 秒 的 O m n i v e r s e 数 字 人 , 整 体 形 象 与 真 人 无 二 , 事 件 公 开 之 后 震 惊 了 整 个 科 技 圈 。 而 英 伟 达 为 元 宇 宙 建 立 提 供 基 础 的 模 拟 和 协 作 平 台 O m n i v e r s e , 也 借 助 这 短 短 的 1 4 秒 成 功 爆 火 。 回 归 国 内 , 腾 讯 早 就 洞 察 到 元 宇 宙 机 遇 , 2 0 2 0 年 底 , 马 化 腾 便 提 出 了 “ 全 真 互 联 网 ” 的 概 念 , 将 从 “ 社 交 + 内 容 ” 两 方 面 , 布 局 全 真 互 联 网 , 帮 助 用 户 实 现 更 真 实 的 体 验 。 今 年 4 月 2 0 日 , 字 节 跳 动 投 资 了 手 游 研 发 商 代 码 乾 坤 ( 号 称 “ 中 国 版 R o b l o x ” ) , 金 额 为 1 亿 人 民 币 。 8 月 , 字 节 跳 动 斥 资 9 0 亿 人 民 币 收 购 了 V R 创 业 公 司 P i c o , 1 1 月 , 入 股 V R 数 字 孪 生 云 服 务 提 供 商 众 趣 ( 北 京 ) 科 技 有 限 公 司 。 此 外 , 华 为 、 百 度 、 网 易 等 头 部 企 业 也 纷 纷 跟 进 , 公 布 了 相 应 的 计 划 , 元 宇 宙 一 时 间 成 了 互 联 网 圈 子 内 的 香 饽 饽 , 资 本 和 企 业 竞 相 追 逐 。 元 宇 宙 的 技 术 基 础 元 宇 宙 蓝 图 已 绘 , 但 归 根 结 底 , 终 究 是 一 个 从 实 入 虚 的 过 程 , 且 目 前 仍 处 于 一 个 早 期 的 探 索 阶 段 , 想 要 完 成 构 建 , 还 需 在 六 项 技 术 上 有 突 破 性 的 创 举 , 这 六 项 技 术 可 以 用 B I G A N T ( 大 蚂 蚁 ) 来 概 括 。 ● B 指 区 块 链 技 术 ( B l o c k c h a i n ) 基 于 区 块 链 的 分 布 式 特 点 , 保 障 元 宇 宙 用 户 虚 拟 资 产 、 虚 拟 身 份 的 安 全 , 确 保 在 元 宇 宙 内 的 交 易 是 人 人 平 等 且 公 平 透 明 的 。 ● I 指 交 互 技 术 ( I n t e r a c t i v i t y ) 以 V R 、 A R 等 为 主 流 的 传 感 技 术 提 供 人 眼 级 别 的 分 辨 率 , 能 够 提 供 真 实 触 感 的 传 感 技 术 器 技 术 等 , 为 元 宇 宙 用 户 提 供 沉 浸 式 的 虚 拟 现 实 体 验 阶 梯 。 ● G 指 电 子 游 戏 技 术 ( G a m e ) 游 戏 是 元 宇 宙 的 呈 现 方 式 , 它 的 交 互 灵 活 , 信 息 丰 富 。 而 游 戏 引 擎 则 能 为 元 宇 宙 各 种 场 景 数 字 内 容 提 供 最 重 要 的 技 术 支 持 , 3 D 、 实 时 渲 染 可 为 元 宇 宙 的 高 速 、 逼 真 搭 建 场 景 提 供 支 撑 。 ● A 指 人 工 智 能 技 术 ( A I ) 智 能 语 音 、 自 然 语 言 处 理 、 机 器 学 习 、 计 算 机 视 觉 等 技 术 为 元 宇 宙 大 量 的 应 用 场 景 提 供 支 撑 , 保 障 虚 拟 世 界 中 的 沟 通 交 流 与 现 实 世 界 一 样 简 单 。 ● N 指 网 络 及 运 算 技 术 ( N e t w o r k ) 5 G / 6 G 网 络 、 云 计 算 , 边 缘 计 算 等 技 术 , 为 元 宇 宙 用 户 提 供 更 高 速 、 低 延 时 、 规 模 化 的 接 入 传 输 通 道 , 带 来 更 流 畅 、 实 时 的 体 验 , 以 及 更 强 大 、 更 轻 量 化 的 终 端 设 备 。 ● T 指 物 联 网 技 术 ( I n t e r n e t o f T h i n g s ) 物 联 网 技 术 , 是 元 宇 宙 的 核 心 底 层 技 术 , 它 通 过 应 用 层 ( 操 作 系 统 ) 、 网 络 层 ( 网 络 通 信 ) 、 感 知 层 ( 传 感 器 ) 共 同 协 作 , 为 元 宇 宙 万 物 链 接 及 虚 实 共 生 提 供 可 靠 技 术 保 障 。 通 过 以 上 可 以 看 出 , 元 宇 宙 的 建 设 , 绝 不 是 某 一 项 技 术 的 成 就 , 而 是 多 个 领 域 的 共 同 协 作 , 我 们 熟 悉 的 A R 、 V R 、 5 G 、 云 计 算 、 区 块 链 、 物 联 网 等 技 术 , 将 搭 建 起 “ 元 宇 宙 ” 最 初 雏 形 和 通 道 。 而 目 前 , 以 上 领 域 的 发 展 态 势 都 较 为 迅 速 , 特 别 是 物 联 网 板 块 。 元 宇 宙 若 想 实 现 与 现 实 世 界 一 般 的 感 官 体 验 , 势 必 要 部 署 大 量 的 传 感 器 , 不 论 是 融 入 服 饰 的 3 D 打 印 可 穿 戴 设 备 , 或 贴 于 皮 肤 之 上 的 微 型 生 物 传 感 器 等 , 使 用 场 景 决 定 了 它 们 的 设 计 一 定 是 趋 于 微 型 化 的 , 而 这 就 对 传 感 器 的 供 能 模 式 提 出 了 考 验 。 无 源 赋 能 元 宇 宙 若 采 用 有 线 供 能 的 模 式 , 因 供 电 线 路 的 限 制 , 设 备 将 处 于 一 个 固 定 的 环 境 中 , 灵 活 性 大 大 降 低 。 此 外 , 电 池 也 是 一 种 可 能 的 供 电 方 式 , 但 电 池 本 身 的 体 积 极 大 限 制 了 微 型 传 感 器 的 设 计 条 件 , 电 池 续 航 受 限 也 让 感 知 系 统 充 满 了 极 大 的 不 确 定 性 。 因 此 , 对 于 元 宇 宙 所 用 到 的 部 分 低 速 物 联 传 感 设 备 而 言 , 无 源 无 线 的 供 能 模 式 或 许 更 为 合 适 。 经 过 在 无 源 领 域 的 多 年 深 耕 , 飞 英 思 特 率 先 推 出 了 国 内 首 款 微 能 管 理 模 组 星 云 系 列 — — 微 光 能 管 理 模 组 F E H 6 1 0 与 T E G 热 电 型 管 理 模 组 F E H 7 1 0 。 , 并 完 成 了 其 芯 片 化 的 设 计 工 作 , 预 计 将 于 2 0 2 2 上 半 年 正 式 推 出 。 随 着 进 一 步 的 开 发 , 未 来 “ 温 差 能 ” 、 “ 微 光 能 ” 、 “ 振 动 能 ” 、 “ 射 频 能 ” 的 芯 片 和 模 组 都 将 投 入 商 用 。 这 种 具 备 自 供 能 特 性 的 芯 片 和 模 组 在 满 足 产 品 设 计 需 求 的 同 时 , 还 拥 有 免 布 线 、 低 成 本 、 免 维 护 的 特 点 。 可 以 畅 想 , 贴 于 身 体 皮 肤 表 面 的 无 源 传 感 器 , 可 通 过 采 集 皮 肤 表 面 的 温 差 能 、 用 户 使 用 V R 运 动 中 产 生 的 动 能 、 设 备 所 处 环 境 中 的 微 光 能 、 射 频 能 来 进 行 发 电 , 维 系 传 感 器 恒 久 在 线 工 作 , 为 元 宇 宙 感 知 层 面 的 搭 建 奠 定 了 重 要 基 础 。 回 到 当 下 , 元 宇 宙 的 发 展 虽 然 面 临 诸 多 的 挑 战 和 困 难 , 但 从 长 远 的 趋 势 来 看 , 它 在 很 大 程 度 上 是 可 实 现 的 未 来 。 随 着 配 套 硬 件 及 各 项 技 术 的 发 展 , 相 信 现 实 世 界 与 虚 拟 世 界 的 通 道 , 将 会 提 前 打 开 。 作者:飞英思特科技,更多内容关注微信公众号:飞英思特科技 本文由 @飞英思特科技 原创发布于面包社区,未经许可,禁止转载
  • 2022-5-13 11:37
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    为 了 提 高 物 联 网 网 络 的 构 建 效 率 , 采 用 电 池 为 物 联 网 终 端 供 电 已 成 为 当 下 的 主 流 模 式 , 但 电 池 的 续 航 毕 竟 是 有 限 的 , 提 供 便 捷 安 装 的 同 时 也 意 味 着 需 要 定 期 更 换 电 池 来 保 障 传 感 器 网 络 的 正 常 运 行 , 这 大 大 的 限 制 了 物 联 网 的 增 长 速 度 。 现 实 生 活 中 遍 布 着 数 以 亿 级 的 传 感 器 设 想 一 下 , 当 数 十 甚 至 上 百 亿 的 传 感 器 都 采 用 电 池 供 电 时 , 维 护 产 生 的 人 力 物 力 成 本 将 达 一 个 不 可 预 估 的 数 目 , 而 这 还 只 是 经 济 方 面 的 支 出 。 英 国 知 名 研 究 公 司 I D T e c h E x 在 其 《 B a t t e r y E l i m i n a t i o n i n E l e c t r o n i c s a n d E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g 2 0 1 8 - 2 0 2 8 》 研 究 报 告 中 指 出 : 如 果 必 须 更 换 电 池 , 物 联 网 节 点 就 无 法 部 署 数 千 亿 , 更 是 至 少 有 8 0 % 的 物 联 网 价 值 遭 到 破 坏 。 主 要 原 因 是 手 动 维 护 需 求 、 有 限 的 续 航 和 节 能 技 术 导 致 的 数 据 空 白 , 以 及 为 此 类 传 感 器 供 电 所 生 产 和 处 置 都 对 环 境 造 成 危 害 的 大 量 电 池 。 实 际 上 , 电 池 供 电 的 传 感 器 在 物 联 网 高 速 发 展 过 程 中 所 面 临 的 困 难 还 远 不 止 以 上 几 种 , 一 些 隐 性 的 问 题 也 在 客 观 影 响 着 传 感 器 的 续 航 和 稳 定 性 , 如 果 不 尽 早 解 决 这 些 难 题 , 将 对 物 联 网 产 业 未 来 的 发 展 产 生 重 大 影 响 。 0 1 : 电 池 供 电 的 传 感 器 需 要 手 动 维 护 为 传 感 器 供 电 的 电 池 续 航 是 有 限 的 , 为 了 保 障 传 感 器 网 络 的 正 常 工 作 , 所 有 的 电 池 都 需 要 定 期 更 换 。 根 据 分 析 师 预 测 的 数 据 显 示 : 假 设 我 们 为 万 亿 数 量 的 传 感 器 搭 载 一 个 可 续 航 1 0 年 的 电 池 , 那 么 我 们 每 天 需 要 更 换 2 7 4 , 0 0 0 , 0 0 0 块 电 池 才 能 保 持 传 感 器 网 络 正 常 运 行 , 如 果 电 池 续 航 缩 减 为 3 年 , 每 天 更 换 的 电 池 数 量 将 接 近 1 0 亿 次 。 而 且 整 个 过 程 目 前 仍 需 人 工 手 动 完 成 , 这 将 带 来 持 续 的 人 力 成 本 和 材 料 成 本 支 出 。 电 池 供 电 的 各 类 表 计 需 要 定 期 更 换 电 池 更 严 重 的 是 , 频 繁 的 更 换 电 池 破 坏 了 连 接 传 感 器 的 核 心 价 值 , 企 业 部 署 物 联 网 传 感 器 的 主 要 原 因 之 一 就 是 这 些 设 备 可 以 帮 助 企 业 消 除 设 备 、 机 械 及 管 道 或 其 他 资 产 的 自 动 化 监 测 。 但 如 果 这 些 传 感 器 本 身 依 旧 需 要 人 为 定 期 维 护 以 确 保 其 正 常 运 行 , 那 么 实 施 自 动 化 监 测 的 意 义 将 大 大 降 低 。 0 2 : 电 池 有 限 续 航 可 能 导 致 数 据 缺 口 电 池 供 电 的 传 感 器 必 将 面 临 电 量 耗 尽 的 情 况 , 停 止 工 作 的 传 感 器 将 不 会 上 传 任 何 数 据 至 后 台 , 除 非 运 维 团 队 能 够 提 前 发 现 传 感 器 电 池 电 量 即 将 耗 尽 , 并 准 确 掌 握 传 感 器 位 置 信 息 并 进 行 及 时 更 换 , 否 则 企 业 将 彻 底 丢 失 传 感 器 在 此 期 间 所 采 集 的 全 部 数 据 。 监 测 电 力 塔 的 传 感 器 续 航 耗 尽 可 能 导 致 风 险 其 次 , 由 于 企 业 或 者 工 厂 普 遍 利 用 传 感 器 来 进 行 关 乎 安 全 或 者 重 要 设 备 数 据 的 监 测 和 传 输 , 电 池 的 耗 尽 极 有 可 能 造 成 人 身 伤 害 或 者 资 产 方 面 的 重 大 损 失 。 0 3 : 传 感 器 通 常 较 低 频 次 地 传 输 数 据 实 时 性 是 物 联 网 传 感 器 的 核 心 能 力 之 一 , 乐 观 的 情 况 下 , 企 业 在 关 键 位 置 所 部 署 的 传 物 联 网 设 备 , 例 如 安 装 在 化 工 厂 管 道 节 点 位 置 以 持 续 监 测 有 毒 物 质 是 否 泄 露 的 传 感 器 , 应 该 非 常 频 繁 地 上 传 数 据 , 但 现 实 当 中 却 并 非 都 如 此 。 为 了 延 长 电 池 的 续 航 时 长 , 许 多 物 联 网 传 感 器 所 配 置 的 数 据 更 新 频 次 极 低 , 有 时 甚 至 是 每 1 0 天 乃 至 更 久 才 传 输 一 次 数 据 。 这 将 导 致 管 理 人 员 无 法 准 确 掌 握 被 监 测 设 备 的 实 时 运 行 状 态 , 随 着 时 间 的 不 断 推 移 , 这 些 滞 后 的 数 据 将 大 大 提 高 误 判 的 可 能 性 , 不 仅 无 法 体 现 物 联 网 实 时 感 知 的 特 点 , 还 给 企 业 的 生 产 运 营 带 来 了 极 大 的 安 全 隐 患 。 0 4 : 物 理 尺 寸 会 限 制 传 感 器 功 能 在 构 成 物 联 网 传 感 器 的 众 多 分 立 元 件 中 , 电 池 的 体 积 是 最 大 的 , 这 主 要 是 为 了 保 障 设 备 拥 有 足 够 的 续 航 时 长 。 但 电 池 较 大 的 尺 寸 和 重 量 通 常 会 限 制 传 感 器 的 实 用 性 , 例 如 电 子 标 签 、 电 子 卡 牌 此 类 对 重 量 和 大 小 极 其 敏 感 的 产 品 , 就 很 难 采 用 这 一 方 案 。 电 池 体 积 极 大 限 制 了 产 品 小 型 化 设 计 其 次 , 过 大 的 电 池 使 得 小 尺 寸 的 产 品 开 发 也 充 满 种 种 挑 战 , 在 产 品 体 积 的 限 制 下 , 产 品 开 发 工 程 师 必 须 在 减 少 电 池 大 小 或 者 缩 减 功 能 两 方 面 做 出 选 择 , 但 这 样 做 很 难 保 障 产 品 不 损 失 既 定 的 续 航 时 长 和 功 能 需 求 。 0 5 : 潜 在 的 健 康 隐 患 和 环 境 污 染 凭 借 重 量 轻 、 续 航 久 等 优 点 , 锂 电 池 如 今 已 成 为 物 联 网 传 感 器 供 电 的 首 选 。 但 带 来 了 便 捷 的 同 时 , 这 些 锂 电 池 也 由 于 其 潜 在 的 有 毒 材 料 , 对 人 类 健 康 及 自 然 环 境 都 造 成 了 严 重 的 威 胁 。 面 对 不 断 涌 现 的 电 池 需 求 , 生 产 商 势 必 需 要 大 量 开 采 锂 、 钴 、 镍 、 锰 和 石 墨 等 生 产 锂 电 池 的 关 键 原 材 料 , 整 个 过 程 不 仅 需 要 消 耗 大 量 的 能 源 和 水 , 同 时 还 经 常 对 当 地 环 境 造 成 化 学 污 染 和 地 质 破 坏 。 其 次 , 电 池 在 生 产 和 废 弃 处 置 环 节 中 意 外 浸 出 的 钴 、 铜 和 其 他 物 质 也 对 人 体 健 康 直 接 构 成 危 害 。 原 材 料 开 采 对 生 态 造 成 巨 大 破 坏 另 一 方 面 , 电 池 原 材 料 的 无 限 制 开 采 也 不 利 于 可 持 续 发 展 战 略 , 客 观 原 因 之 一 是 材 料 资 源 储 备 是 有 限 的 , 当 地 球 上 再 无 材 料 时 , 物 联 网 将 面 临 无 电 池 可 用 的 窘 境 。 0 6 : 限 制 传 感 器 的 “ 摩 尔 定 律 ” 近 些 年 , 物 联 网 传 感 器 的 性 能 无 论 是 在 智 能 化 、 集 成 度 等 方 面 都 得 到 了 显 著 的 提 升 , 但 值 得 注 意 的 是 , 为 这 些 设 备 供 电 的 电 池 长 时 间 以 来 性 能 升 级 的 速 度 却 极 为 缓 慢 。 美 国 克 莱 姆 森 大 学 在 《 精 密 的 无 电 池 感 应 》 这 一 论 文 中 指 出 , 与 其 他 技 术 领 域 不 同 , 摩 尔 定 律 ( 半 导 体 性 能 大 约 每 1 8 个 月 翻 番 ) 不 适 用 于 电 池 技 术 生 产 和 研 究 中 使 用 的 化 学 和 制 造 工 艺 。 电 池 性 能 进 步 速 度 远 低 于 半 导 体 性 能 迭 代 速 度 随 着 二 十 世 纪 末 微 电 子 技 术 的 发 展 , 锂 电 池 得 到 大 规 模 应 用 , 其 性 能 进 一 步 提 升 , 续 航 更 加 持 久 , 重 量 也 有 了 大 幅 降 低 , 但 从 整 体 来 看 , 电 池 各 方 面 性 能 的 进 步 每 年 最 多 只 有 几 个 百 分 点 , 远 远 不 足 以 跟 上 总 体 计 算 能 力 的 进 步 , 难 以 支 撑 物 联 网 设 备 不 断 增 长 的 需 求 。 0 7 : 元 件 差 异 限 制 续 航 时 长 当 前 , 大 部 分 的 物 联 网 设 备 都 是 通 过 高 度 集 成 化 而 来 , 设 备 中 的 数 据 传 感 、 处 理 、 内 存 及 通 信 等 模 块 都 需 要 电 池 模 块 供 电 以 保 障 正 常 工 作 , 但 值 得 注 意 的 是 , 不 同 厂 商 所 开 发 的 元 器 件 对 于 功 耗 的 优 化 处 理 是 存 在 差 异 的 , 当 这 些 元 件 被 集 成 在 一 起 之 后 , 对 于 设 备 的 整 体 续 航 时 长 必 然 会 存 在 影 响 。 特 别 是 近 些 年 , 市 场 更 加 青 睐 续 航 更 长 的 设 备 , 一 些 厂 商 为 了 提 高 自 身 产 品 的 竞 争 力 , 积 极 开 发 “ 超 低 功 耗 ” 的 无 线 物 联 网 传 感 器 元 件 , 例 如 微 控 制 器 ( M C U ) 就 是 为 低 功 耗 而 设 计 的 , 它 也 的 确 能 为 延 长 续 航 做 出 贡 献 , 但 如 果 扫 描 器 、 温 湿 度 计 传 感 器 或 游 戏 设 备 的 芯 片 并 非 如 此 , 哪 怕 是 经 过 了 高 度 集 成 化 的 处 理 , 利 用 电 池 供 电 的 传 感 器 网 络 续 航 时 长 依 旧 无 法 得 到 显 著 提 升 。 0 8 : 独 立 元 器 件 导 致 传 感 器 性 能 不 佳 除 了 续 航 时 长 , 不 同 元 件 所 构 建 的 传 感 器 还 存 在 另 外 一 个 问 题 , 即 这 些 传 感 器 缺 乏 整 体 的 协 同 能 力 。 试 想 一 下 , 当 某 个 无 线 传 感 器 中 的 数 据 处 理 能 力 已 经 超 过 其 最 大 的 负 荷 , 但 由 于 传 感 器 系 统 由 独 立 的 硬 件 和 软 件 组 成 , 彼 此 之 间 难 以 无 缝 通 信 , 甚 至 无 法 发 起 相 关 问 题 的 警 报 , 管 理 人 员 无 从 得 知 自 然 也 无 法 即 时 解 决 此 类 问 题 。 传 感 器 将 继 续 超 负 荷 工 作 , 轻 则 任 务 失 败 自 动 停 机 , 重 则 设 备 损 毁 数 据 丢 失 。 独 立 元 件 构 建 的 传 感 器 可 能 导 致 性 能 不 佳 虽 然 此 类 问 题 很 棘 手 , 但 并 非 无 法 解 决 , 试 想 一 下 , 当 整 个 物 联 网 网 络 被 构 建 成 一 个 统 一 的 生 态 系 统 , 从 供 电 到 数 据 采 集 再 到 数 据 传 输 , 所 有 部 分 都 实 现 协 同 工 作 之 后 , 一 旦 某 个 处 理 器 发 生 超 负 载 的 情 况 , 系 统 完 全 可 以 将 负 载 转 移 到 系 统 中 负 担 较 轻 的 区 域 , 继 而 保 证 设 备 能 一 直 正 常 工 作 , 但 这 一 切 的 前 提 必 须 是 可 靠 的 供 电 作 为 基 础 。 微 能 管 理 模 组 / 芯 片 解 决 电 池 续 航 难 题 为 了 满 足 不 断 涌 现 的 市 场 需 求 , 一 举 解 决 电 池 带 来 的 种 种 难 题 , 飞 英 思 特 结 合 自 研 的 先 进 能 量 采 集 技 术 及 微 能 量 管 理 技 术 , 推 出 了 微 能 量 管 理 模 组 和 微 能 量 管 理 芯 片 , 为 客 户 带 来 更 稳 定 的 数 据 采 集 传 输 和 更 低 功 耗 的 供 电 解 决 方 案 。 微 能 管 理 模 组 / 芯 片 具 备 复 合 环 境 能 量 采 集 能 力 , 通 过 采 集 环 境 中 的 微 光 能 、 射 频 能 、 微 动 能 、 温 差 能 ( T E G ) 进 行 发 电 , 使 得 设 备 在 使 用 过 程 中 无 需 更 换 电 池 , 条 件 满 足 的 前 提 下 甚 至 还 可 以 实 现 设 备 生 命 周 期 内 的 无 电 池 永 久 续 航 , 消 除 了 维 护 设 备 和 频 繁 更 换 电 池 所 带 来 的 高 昂 人 力 物 力 成 本 。 飞 英 思 特 能 量 采 集 技 术 此 外 , 凭 借 高 度 集 成 化 的 设 计 , 飞 英 思 特 所 提 供 的 供 电 解 决 方 案 还 大 幅 降 低 了 后 续 的 开 发 难 度 , 产 品 开 发 工 程 师 无 需 进 行 繁 重 的 集 成 工 作 , 只 需 简 单 地 将 换 能 器 插 入 微 能 管 理 模 组 / 芯 片 , 再 将 后 端 电 路 连 接 到 输 出 即 可 完 成 无 源 产 品 的 原 型 设 计 , 为 企 业 快 速 抢 占 市 场 夺 得 先 机 。 通 过 这 些 技 术 优 势 , 除 了 可 解 决 电 池 供 电 的 种 种 不 足 , 飞 英 思 特 微 能 管 理 模 组 / 芯 片 还 极 大 拓 宽 了 物 联 网 低 功 耗 设 备 的 应 用 领 域 , 例 如 医 疗 身 份 卡 、 物 品 信 息 标 签 等 对 体 积 、 续 航 、 效 率 要 求 更 高 的 产 品 。 纵 观 整 个 行 业 来 看 , 电 池 的 确 极 大 束 缚 了 物 联 网 的 发 展 , 但 作 为 全 球 领 先 的 无 源 无 线 技 术 和 产 品 提 供 商 , 飞 英 思 特 正 努 力 通 过 创 新 的 供 电 方 案 解 决 这 一 难 题 , 期 待 最 终 让 各 个 行 业 的 低 功 耗 设 备 都 能 实 现 免 维 护 免 电 池 运 行 , 并 帮 助 降 低 物 联 网 电 池 对 生 态 造 成 的 破 坏 。 作者:飞英思特科技,微信公众号:飞英思特科技 原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/0zm0FwSAAgT9zeELpukifQ 本文由 @飞英思特科技 原创发布于面包社区,未经许可,禁止转载
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    2022-5-7 17:53
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    摘 要 : 尽 管 物 联 网 受 到 了 广 泛 的 关 注 , 但 其 本 身 的 发 展 规 模 却 并 未 达 到 预 期 , 这 主 要 是 因 为 物 联 网 传 感 器 设 备 供 电 面 临 重 大 挑 战 和 电 池 本 身 的 寿 命 限 制 , 随 着 可 移 动 物 联 网 设 备 数 目 的 增 多 , 能 量 采 集 这 一 全 新 供 能 技 术 被 认 为 是 最 佳 解 决 方 案 。 在 过 去 的 十 年 间 里 , 物 联 网 传 感 器 设 备 以 它 可 实 现 的 更 智 能 、 更 便 捷 、 更 广 泛 的 连 接 引 发 了 业 界 和 大 众 媒 体 的 关 注 , 在 提 高 农 业 作 物 产 量 、 道 路 交 通 流 畅 、 工 厂 生 产 效 率 等 方 面 发 挥 了 积 极 的 作 用 。 可 以 说 , 几 乎 各 个 行 业 都 在 采 用 物 联 网 传 感 器 和 智 能 设 备 变 革 企 业 的 运 营 模 式 。 鉴 于 物 联 网 所 展 现 出 的 种 种 优 势 , M a c h i n a R e s e a r c h 预 计 2 0 2 5 年 全 球 物 联 网 设 备 ( 包 括 蜂 窝 及 非 蜂 窝 ) 联 网 数 量 将 达 到 2 5 2 亿 个 。 物 联 网 的 大 规 模 应 用 无 疑 是 令 人 鼓 舞 的 , 但 随 着 全 球 数 字 化 进 程 加 快 , 一 个 共 同 的 痛 点 浮 现 在 人 们 眼 前 : 物 联 网 传 感 器 设 备 的 电 池 寿 命 是 有 限 的 , 庞 大 的 电 池 数 量 不 仅 带 来 了 高 昂 的 维 护 成 本 , 废 弃 后 的 电 池 还 会 给 环 境 保 护 带 来 更 大 的 负 担 。 无 源 — — 环 境 能 量 采 集 技 术 种 种 因 素 驱 使 着 物 联 网 开 发 一 种 全 新 的 供 电 方 式 , 它 们 能 够 从 自 然 环 境 中 获 取 能 量 , 而 并 非 依 赖 电 池 或 其 他 类 型 所 产 生 的 电 力 , 这 种 技 术 被 统 称 为 能 量 采 集 技 术 。 其 原 理 主 要 是 通 过 采 集 环 境 当 中 的 光 能 、 温 差 、 振 动 、 射 频 ( R F ) 等 能 量 , 并 将 其 转 化 为 电 能 。 以 这 种 方 式 产 生 的 电 力 可 以 存 储 在 电 容 器 或 充 电 电 池 中 以 维 持 电 子 系 统 正 常 工 作 。 环 境 中 的 能 量 形 式 不 仅 多 种 多 样 , 还 可 提 供 稳 定 的 采 集 源 头 , 但 难 点 在 于 这 些 能 量 强 度 较 为 微 弱 , 且 呈 零 散 状 态 。 因 此 , 不 同 能 量 采 集 的 方 法 各 有 差 异 , 下 面 为 大 家 简 单 介 绍 以 上 几 种 主 流 能 量 的 采 集 原 理 和 设 计 思 路 。 光 能 采 集 光 能 可 谓 是 最 为 常 见 且 应 用 最 广 泛 的 能 量 之 一 , 其 原 理 主 要 是 利 用 半 导 体 材 料 的 光 电 效 应 而 将 光 能 直 接 转 变 为 电 能 的 一 种 技 术 , 早 期 的 太 阳 能 便 携 式 计 算 器 便 是 采 用 了 这 一 供 电 形 式 。 光 伏 电 池 及 其 特 性 曲 线 的 电 气 模 型 近 年 来 , 在 物 联 网 传 感 器 设 备 中 , 光 伏 组 件 的 植 入 也 颇 为 常 见 , 太 阳 能 监 控 摄 像 机 就 是 典 型 的 例 子 。 而 针 对 光 伏 材 料 的 研 究 , 业 界 也 有 所 突 破 , 如 钙 钛 矿 太 阳 能 电 池 和 染 料 敏 化 太 阳 能 电 池 等 , 这 种 超 轻 型 电 池 在 室 内 环 境 中 的 测 试 表 现 优 良 , 转 换 效 率 是 多 晶 硅 的 3 倍 。 总 而 言 之 , 获 取 光 能 能 量 的 多 少 , 与 光 伏 材 料 和 光 照 强 度 等 多 种 因 素 密 切 相 关 。 目 前 , 主 流 的 太 阳 能 发 电 材 料 主 要 有 单 晶 硅 、 多 晶 硅 、 非 晶 硅 等 , 在 转 换 效 率 方 面 , 单 晶 硅 更 为 出 色 一 些 。 另 一 方 面 , 能 量 采 集 技 术 的 效 能 也 影 响 着 最 终 获 取 的 能 量 值 , 同 等 光 照 度 的 环 境 下 , 高 效 能 的 技 术 将 更 具 优 势 。 一 般 而 言 , 晴 天 的 室 外 光 照 强 度 为 3 0 0 0 0 ~ 1 3 0 0 0 0 l u x , 而 室 内 日 光 灯 的 光 照 强 度 仅 为 1 0 0 l u x , 想 要 在 光 照 度 如 此 低 的 室 内 灯 光 环 境 下 实 现 能 量 采 集 和 利 用 , 本 身 就 是 一 项 极 大 的 挑 战 。 目 前 , 国 外 企 业 在 光 能 能 量 采 集 领 域 , 最 低 可 实 现 在 光 照 度 1 0 0 l u x 下 进 行 能 量 采 集 , 而 飞 英 思 特 所 开 发 的 环 境 能 量 电 池 采 集 技 术 , 可 在 低 至 5 0 l u x 的 低 照 度 环 境 下 实 现 取 能 , 能 量 管 理 效 率 高 达 9 8 % 。 可 提 供 比 竞 争 对 手 更 多 的 能 量 储 备 和 更 精 细 的 能 耗 应 用 , 并 以 此 实 现 低 功 耗 物 联 网 终 端 在 设 备 寿 命 使 用 期 限 内 的 永 久 续 航 , 可 广 泛 应 用 于 农 业 监 测 、 智 能 家 居 、 智 慧 电 网 等 各 个 领 域 。 射 频 ( R F ) 能 量 收 集 射 频 能 量 无 处 不 在 的 特 性 , 使 它 成 为 目 前 主 流 的 能 量 采 集 方 式 之 一 。 日 常 生 活 中 随 处 可 见 的 移 动 电 话 、 电 视 、 W i F i 、 通 信 基 站 等 设 施 设 备 都 在 其 范 畴 之 内 , 随 着 科 技 的 发 展 和 城 市 化 的 推 进 , 无 线 发 射 器 的 数 量 与 日 倍 增 , 因 此 , 利 用 射 频 能 量 来 为 物 联 网 低 功 耗 传 感 器 供 能 正 成 为 趋 势 , 公 交 卡 、 E T C 等 产 品 都 是 射 频 能 的 现 实 应 用 。 射 频 ( R F ) 能 量 采 集 模 型 R F 获 取 能 量 的 原 理 很 简 单 , 无 线 发 射 器 通 过 自 身 的 发 射 天 线 发 射 信 号 , 能 量 采 集 器 则 通 过 自 身 的 接 受 天 线 接 受 信 号 , 因 此 天 线 的 工 作 频 率 必 须 与 所 接 收 到 信 号 的 频 率 相 同 , 这 也 意 味 着 能 量 采 集 器 需 要 一 个 固 定 的 无 线 发 射 器 为 其 提 供 射 频 能 量 源 , 此 外 , 随 着 空 间 距 离 的 增 大 , 所 能 采 集 的 能 量 将 会 下 降 。 另 一 方 面 , 能 量 转 换 和 储 存 管 理 的 效 率 也 是 需 要 关 注 的 重 点 。 随 着 射 频 能 量 收 集 技 术 的 不 断 进 步 , 在 应 用 方 面 , 已 逐 步 朝 着 工 业 设 备 监 测 、 无 线 供 电 手 持 设 备 、 可 穿 戴 式 低 功 耗 设 备 、 R F I D 标 签 等 方 向 发 展 。 温 差 能 量 ( T E G ) 采 集 热 能 的 采 集 是 把 热 能 转 换 为 电 能 , 其 主 要 原 理 为 赛 贝 克 效 应 , 热 电 发 生 器 ( T E G ) 中 的 温 差 可 产 生 电 势 , 从 而 将 热 源 中 的 废 热 转 换 为 另 一 种 能 量 形 式 — — 电 能 。 这 种 特 性 决 定 了 温 差 能 量 采 集 必 须 具 备 稳 定 的 热 源 , 还 需 要 散 热 器 来 制 造 温 差 , 保 持 热 量 在 设 备 中 的 流 动 , 从 而 持 续 产 生 电 流 和 能 量 。 热 电 堆 阵 列 和 简 单 的 T E G 电 气 模 型 当 然 , 由 于 产 生 热 能 条 件 的 特 殊 性 , 也 让 它 拥 有 了 抵 抗 绝 大 部 分 外 部 影 响 的 能 力 。 而 不 必 像 光 能 那 样 , 采 集 能 量 的 多 与 少 完 全 取 决 于 设 备 所 处 环 境 中 的 光 线 强 度 。 目 前 , 采 取 温 差 能 ( T E G ) 供 能 的 方 式 已 在 可 穿 戴 设 备 、 工 业 监 测 等 领 域 展 开 了 相 关 应 用 。 机 械 能 量 采 集 机 械 能 采 集 是 为 电 子 系 统 提 供 足 够 能 量 的 另 一 种 方 法 , 电 磁 、 压 电 和 静 电 换 能 器 都 可 以 将 机 械 能 转 化 为 电 能 。 三 者 之 中 , 具 有 较 高 能 量 密 度 的 压 电 和 通 过 磁 场 来 利 用 动 能 产 生 电 能 的 电 磁 应 用 较 为 广 泛 。 压 电 采 集 原 理 图 在 工 业 物 联 网 领 域 , 机 械 能 采 集 一 般 是 指 对 设 备 振 动 的 能 量 采 集 , 例 如 工 厂 当 中 的 电 动 机 、 变 速 箱 、 泵 工 作 过 程 中 都 会 产 生 相 应 的 轻 微 振 动 , 通 过 压 电 材 料 可 以 对 这 种 微 动 能 量 进 行 采 集 和 储 存 , 便 能 得 到 足 以 支 撑 低 功 耗 物 联 传 感 器 等 监 测 设 备 的 运 行 能 量 。 在 智 能 家 居 场 景 下 , 通 过 按 压 机 械 结 构 形 成 电 磁 切 割 现 象 从 而 产 生 电 能 , 是 自 供 能 开 关 、 自 供 能 门 铃 等 无 源 产 品 常 见 的 取 能 方 式 , 凭 借 振 动 产 生 的 能 量 可 被 实 时 收 集 和 释 放 的 方 式 , 即 可 实 现 能 量 的 随 产 随 用 。 目 前 , 市 面 上 大 部 分 机 械 能 采 集 方 案 并 无 储 能 模 块 , 设 备 未 采 集 能 量 时 , 便 无 法 实 现 能 量 自 给 。 其 次 , 振 动 能 量 采 集 元 器 件 的 尺 寸 普 遍 在 3 平 方 厘 米 大 小 , 对 于 小 体 积 的 产 品 设 计 需 求 而 言 , 这 个 尺 寸 太 过 庞 大 , 且 功 耗 也 相 对 较 高 。 因 此 , 如 何 实 现 振 动 能 电 量 储 存 和 缩 小 采 集 元 器 件 的 尺 寸 , 成 了 以 机 械 能 供 电 的 传 感 器 实 现 永 久 续 航 和 便 捷 开 发 的 关 键 。 越 来 越 多 的 应 用 证 明 , 能 量 收 集 所 带 来 的 价 值 是 极 其 巨 大 的 。 不 同 于 传 统 有 源 供 电 ( 电 池 / 布 线 ) 所 面 临 的 电 池 寿 命 限 制 、 部 署 成 本 及 后 期 维 护 等 痛 点 , 由 于 能 量 采 集 技 术 的 存 在 , 未 来 的 传 感 设 备 完 全 可 以 从 周 围 的 环 境 中 采 集 能 量 , 并 通 过 电 源 管 理 单 元 优 化 和 储 存 能 量 , 以 实 现 物 联 网 传 感 器 在 设 备 生 命 全 周 期 内 的 永 久 续 航 。 飞 英 思 特 — — 环 境 能 量 电 池 技 术 作 为 国 内 最 早 开 始 研 究 能 量 采 集 技 术 的 企 业 , 当 前 , 飞 英 思 特 已 开 创 性 地 实 现 了 光 能 、 温 差 ( T E G ) 、 机 械 能 、 和 无 线 射 频 ( R F ) 等 能 量 的 复 合 采 集 和 高 效 转 换 , 拥 有 环 境 能 量 电 池 核 心 技 术 和 微 能 管 理 模 组 核 心 产 品 , 复 合 型 微 能 管 理 芯 片 E H I C 也 即 将 进 入 流 片 阶 段 。 环 境 能 量 电 池 技 术 原 理 图 届时,多元化的无电池解决方案将更好的满足市场需求,面 对 下 游 企 业 , 飞 英 思 特 可 提 供 快 速 实 施 的 无 源 产 品 开 发 方 案 和 用 于 终 端 用 户 的 无 源 整 体 解 决 方 案 ; 未 来 随 着 万 物 互 联 , 通 过 环 境 能 量 电 池 技 术 开 发 出 来 的 无 源 产 品 将 帮 助 企 业 低 成 本 、 快 速 部 署 、 免 维 护 地 采 集 更 多 运 营 数 据 和 生 产 数 据 , 以 高 性 价 比 、 高 便 捷 性 、 高 度 智 能 化 的 无 源 技 术 和 产 品 , 助 力 企 业 最 大 限 度 地 提 高 生 产 运 营 投 资 的 价 值 回 报 。 作者:飞英思特科技,更多内容可见微信公众号:飞英思特科技 本文由 @飞英思特科技 原创发布于面包社区,未经许可,禁止转载