Болашаққа көзқарас: көпөлшемді күш сенсорларын миниатюризациялаудың маңызды үрдісі

Көпөлшемді күш датчиктерінің анықтамасы

Көпөлшемді күш датчиктері – қысым, созылу және бұралу күштерін қоса алғанда, бір уақытта бірнеше бағытта күштерді өлшеуге қабілетті жоғары дәлдіктегі датчиктердің класы.Бұл сенсорларды миниатюризациялау оларды медициналық имплантаттар, миниатюралық роботтар немесе жоғары дәлдіктегі өнеркәсіптік басқару жүйелері сияқты өте кішкентай құрылғыларға біріктіруге болатындығын білдіреді.Миниатюризация бұл сенсорларға аз орын алып, аз энергия тұтынуға және жақсырақ жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

Миниатюризацияның маңызы

Миниатюризацияның маңыздылығы оның бұрын кеңістік шектеулерімен шектелген аймақтарда көп өлшемді күш датчиктерін қолдану мүмкіндігін қамтамасыз ету қабілетінде жатыр.
Мысалы, аз инвазивті хирургияда миниатюралық сенсорларды нақты уақытта күшпен кері байланысты қамтамасыз ету үшін хирургиялық құралдарға біріктіруге болады, осылайша операцияның дәлдігі мен қауіпсіздігін арттырады.Смартфондар мен киілетін құрылғыларда миниатюрленген сенсорларды нақтырақ сенсорлық кері байланысты қамтамасыз ету және пайдаланушылардың денсаулық жағдайын бақылау үшін пайдалануға болады.

Қолданба өрістеріндегі кеңейту және әсер ету

 

Денсаулық сақтау секторындағы қосымшалар

Денсаулық сақтау секторында миниатюрленген көп өлшемді күш сенсорлары дәстүрлі диагностика мен емдеу әдістерін түбегейлі өзгертеді.Мысалы, олар жүрек соғу жиілігі мен қан қысымы сияқты физиологиялық параметрлерді нақты уақытта бақылау үшін киілетін құрылғыларға біріктірілуі мүмкін.Минималды инвазивті хирургияда осы сенсорлар беретін нақты күш кері байланысы дәрігерлерге хирургиялық құралдарды қауіпсіз және дәлірек басқаруға көмектеседі.

Диагностика үшін миниатюрленген көп өлшемді күш датчиктері мыналар үшін пайдаланылуы мүмкін:

• Физиологиялық параметрлерді нақты уақыт режимінде бақылаңыз: киілетін құрылғыларға біріктірілген олар жүрек соғу жиілігін, қан қысымын, тыныс алу жиілігін, дене температурасын және т.б. бақылап, ауруды ерте анықтауға және алдын алуға көмектеседі.
• Ауруды диагностикалауға көмектеседі: олар бұлшықет күшін, буын қозғалысының ауқымын және т.б. өлшей алады, тірек-қимыл аппараты мен неврологиялық бұзылуларды диагностикалауға көмектеседі.
• Ерте скринингті жеңілдету: Олар қатерлі ісік және жүрек-қан тамырлары аурулары сияқты маңызды аурулардың ерте ескерту белгілерін анықтай алады, ерте емдеуге мүмкіндік береді.

Емдеу үшін бұл сенсорларды келесі мақсаттарда пайдалануға болады:

• Минималды инвазивті хирургияға көмектесу: хирургтарға құралдарды қауіпсіз және дәлірек басқаруға көмектесу үшін нақты күштер туралы кері байланысты ұсыну, хирургиялық табыстылық көрсеткіштерін жақсарту.
• Оңалту терапиясы: пациенттің оңалтудағы үлгерімін бақылау, тиімді қалпына келтіру жаттығуларына көмектесу.
• Роботтық хирургияға көмектесу: қауіпсіз роботты операциялар үшін нақты уақыт режимінде кері байланысты қамтамасыз ету үшін хирургиялық орта мен пациенттің физиологиясын сезіну.

Ақылды өндіріс және робототехника

Ақылды өндіріс пен робототехникада миниатюрленген көп өлшемді күш сенсорлары роботтардың қабылдауы мен операциялық дәлдігін жақсартады, дәл құрастыру және сапаны егжей-тегжейлі тексеру сияқты күрделі және нәзік тапсырмаларды орындауға мүмкіндік береді.

Роботты қабылдау үшін бұл сенсорлар:

• Роботтың жұмыс кеңістігіндегі нысанның пішіні, орны және күші сияқты қоршаған орта туралы ақпаратты сезіну, қабылдау қабілеттерін жақсарту.Мысалы, нысанның салмағы мен пішінін қабылдау үшін роботтың соңғы эффекторындағы күшті өлшеу;объектінің айналу бағыты мен қарқындылығын түсіну үшін айналу моментін өлшеу;және объект динамикасын толық түсіну үшін күш пен моменттің екеуін де өлшеу.

Роботты басқару үшін олар:

• Қол күші мен момент сияқты робот қозғалысын басқару жұмыс дәлдігі мен тұрақтылығын арттырады.Дәл құрастыруда олар бөлшектердің дәл орналасуын қамтамасыз етеді;сапаны тексеру кезінде олар сапаны егжей-тегжейлі бағалау үшін беткі ақауларды және ішкі құрылымдарды анықтайды.

Робот қауіпсіздігі үшін олар:

• Қауіпсіз адам мен робот ынтымақтастығын қамтамасыз ету үшін адамдар мен роботтар арасындағы өзара әрекеттесу күштерін сезініңіз.Мысалы, бірлескен жұмыс кеңістігіндегі жазатайым оқиғалардың алдын алу үшін қашықтықты және жанасу күшін сезіну.

Тұрмыстық электроникадағы қолданбалар

Миниатюрленген көп өлшемді күш сенсорлары смартфондар мен киілетін құрылғылар сияқты тұтынушылық электрониканың функционалдығы мен интеллектін байытады, сенсорлық экранның жауап беру қабілетін, қозғалысты бақылауды және тіпті психикалық денсаулық жағдайын жақсартады.

Смартфондарда олар:

• Саусақ қысымын сезіну, телефонның дыбыс деңгейін басқаруды, кескінді масштабтауды және т.б. арқылы сенсорлық экранның жауап беру қабілетін жақсартыңыз.
• Телефон қозғалысы мен бағдарын сезіп, шынайы ойын әрекеттестігін ұсына отырып, ойын тәжірибесін жақсартыңыз.
• Денсаулық жағдайын бақылау үшін ұстау күшін, жүрек соғу жиілігін және басқа физиологиялық көрсеткіштерді бағалай отырып, денсаулықты бақылау мүмкіндіктерін қамтамасыз етіңіз.

Тағатын құрылғыларда олар:

• Қозғалыс күйін бақылаңыз, қадамдарды, қашықтықты, жағылған калорияларды және т.б. бақылау үшін акселерометрлермен және гироскоптармен жұмыс жасаңыз.
• Ұйқының сапасын бақылаңыз, ұйқы күйі мен тыныс алу жиілігін бағалаңыз, ұйқыны жақсы түсіну үшін.
• Стресс пен мазасыздық деңгейін өлшеу үшін электродермиялық белсенділікті (EDA) бағалау арқылы психикалық денсаулықты бақылаңыз, шамадан тыс стрессті болдырмау үшін релаксацияны ынталандырыңыз.

Бұған қоса, бұл сенсорлар қолданбаларды келесіде табады:

• Ақылды үйлер: смарт құлыптарды, жарықтандыруды және т.б. басқару.
• Виртуалды және кеңейтілген шындық: өзара әрекеттесудің шынайы тәжірибесін ұсынады.

Болашақ трендтер мен даму бағыттары Жаңа материалдарды қолдану

Болашақ көп өлшемді күш сенсорлары өнімділікті одан әрі жақсарту және өлшемді азайту үшін жеңіл, күшті және сезімтал материалдарды зерттеуді жалғастырады.

• Графен сияқты екі өлшемді материалдар жоғары сезімталдықты, дәлдікті және төмен қуатты датчиктерді жасау үшін ерекше механикалық, электрлік және оптикалық қасиеттерді ұсынады.
• Жоғары бетінің ауданы, реттелетін кеуектілігі және сезімтал және көп функциялы сенсорларды жасауға арналған бай химиялық функционалдығы бар металл-органикалық жақтаулар (MOF).

AI және Big Data интеграциясыЖасанды интеллект пен үлкен деректер технологияларын көп өлшемді күш сенсорларымен біріктіру деректерді талдау және шешім қабылдау мүмкіндіктерін жақсартады, инновациялық қолданбаларға және сенсорлық технологияны жақсартуға жол ашады.