Гледајќи кон иднината: Суштинскиот тренд на минијатуризација на повеќедимензионални сензори за сила

Дефиниција на повеќедимензионални сензори за сила

Сензорите за повеќедимензионални сили се класа на сензори со висока прецизност способни да ги мерат силите во повеќе насоки истовремено, вклучувајќи притисок, затегнување и торзиони сили. Минијатуризацијата на овие сензори значи дека тие можат да се интегрираат во многу мали уреди, како што се медицински импланти, минијатурни роботи или високопрецизни индустриски контролни системи. Минијатуризацијата им овозможува на овие сензори да заземаат помалку простор, да трошат помалку енергија и да работат подобро.

Важноста на минијатуризацијата

Важноста на минијатуризацијата лежи во нејзината способност да овозможи примена на повеќедимензионални сензори за сила во области претходно ограничени со просторни ограничувања.
На пример, во минимално инвазивната хирургија, минијатурните сензори може да се интегрираат во хируршки алатки за да обезбедат повратна информација на сила во реално време, а со тоа да се зголеми прецизноста и безбедноста на операцијата. Кај паметните телефони и уредите за носење, минијатуризираните сензори може да се користат за да се обезбедат попрефинети повратни информации од допир и да се следи здравствената состојба на корисниците.

Проширување и влијание во полињата за примена

 

Апликации во здравствениот сектор

Во здравствениот сектор, минијатуризираните повеќедимензионални сензори за сила ги револуционизираат традиционалните дијагностички и третмански методи. На пример, тие можат да се интегрираат во уреди за носење за следење во реално време на физиолошките параметри како што се отчукувањата на срцето и крвниот притисок. Во минимално инвазивната хирургија, прецизната повратна информација на силата обезбедена од овие сензори може да им помогне на лекарите да ракуваат со хируршките алатки побезбедно и попрецизно.

За дијагностика, минијатуризираните повеќедимензионални сензори за сила може да се користат за:

• Следење на физиолошките параметри во реално време: Интегрирани во уреди за носење, тие можат да го следат отчукувањата на срцето, крвниот притисок, респираторната стапка, температурата на телото итн., помагајќи во рано откривање и превенција на болеста.
• Помагаат во дијагнозата на болеста: Тие можат да ја мерат мускулната сила, опсегот на движење на зглобовите итн., помагајќи во дијагнозата на мускулно-скелетни и невролошки нарушувања.
• Олеснување на раниот скрининг: Тие можат да откријат рани предупредувачки знаци на значајни болести како што се ракот и кардиоваскуларните заболувања, овозможувајќи ран третман.

За третман, овие сензори може да се користат за:

• Помогне при минимално инвазивна хирургија: Нудејќи прецизни повратни информации за силата за да им помогне на хирурзите да ракуваат со алатките побезбедно и попрецизно, подобрувајќи ги стапките на успех на хирургијата.
• Терапија за рехабилитација: Следење на напредокот на пациентот во рехабилитација, помагање во ефективни вежби за закрепнување.
• Помош во роботска хирургија: Чувство на хируршката средина и физиологијата на пациентот за да се обезбеди повратна информација во реално време за побезбедни роботски операции.

Паметно производство и роботика

Во паметното производство и роботиката, минијатуризираните повеќедимензионални сензори за сила ја подобруваат перцепцијата на роботите и оперативната прецизност, овозможувајќи сложени и деликатни задачи како прецизно склопување и детална проверка на квалитетот.

За перцепција на робот, овие сензори можат:

• Чувствувајте ги информациите за животната средина во работниот простор на роботот, како што се обликот, положбата и силата на објектот, со што се подобруваат способностите за перцепција. На пример, мерење на силата на крајниот ефектор на роботот за да се согледа тежината и обликот на објектот; мерење на вртежниот момент за да се разбере насоката и интензитетот на ротација на објектот; и мерење и сила и вртежен момент за целосно разбирање на динамиката на објектот.

За контрола на роботи, тие можат:

• Контролното движење на роботот, како што се силата на раката и вртежниот момент, ја подобруваат прецизноста и стабилноста на работата. При прецизното склопување, тие обезбедуваат прецизно позиционирање на деловите; при проверка на квалитетот, тие откриваат површински дефекти и внатрешни структури за детални проценки на квалитетот.

За безбедност на роботите, тие можат:

• Силите на чувствителна интеракција помеѓу луѓето и роботите за да обезбедат безбедна соработка меѓу човекот и роботот. На пример, чувствителност на растојание и контактна сила за да се спречат несреќи во работните простори за соработка.

Апликации во потрошувачка електроника

Минијатуризираните повеќедимензионални сензори за сила ја збогатуваат функционалноста и интелигенцијата на електрониката за широка потрошувачка, како што се паметните телефони и уредите за носење, подобрувајќи ја реакцијата на екранот на допир, следењето на движењето, па дури и состојбата на менталното здравје.

Во паметните телефони, тие можат:

• Подобрете ја реакцијата на екранот на допир со тоа што ќе го почувствувате притисокот на прстите, ќе овозможите контрола над јачината на звукот на телефонот, зумирањето на сликата итн.
• Подобрете ги искуствата од играњето со чувство на движење и ориентација на телефонот, нудејќи реални интеракции со играта.
• Обезбедете карактеристики за следење на здравјето, оценување на силата на стисокот, отчукувањата на срцето и други физиолошки индикатори за следење на здравствените состојби.

Во уредите што се носат, тие можат:

• Следете ги состојбите на движење, работете со акцелерометри и жироскопи за следење на чекорите, растојанието, потрошените калории итн.
• Следете го квалитетот на спиењето, проценувајќи го држењето на спиењето и стапката на дишење за подобро разбирање на сонот.
• Следете го менталното здравје со проценка на електродермалната активност (ЕДА) за да се измери нивото на стрес и анксиозност, поттикнувајќи релаксација за да се избегне прекумерен стрес.

Дополнително, овие сензори наоѓаат апликации во:

• Паметни домови: Контрола на паметни брави, осветлување итн.
• Виртуелна и зголемена реалност: Нуди пореални искуства за интеракција.

Идни трендови и развојни насоки Примена на нови материјали

Идните повеќедимензионални сензори за сила ќе продолжат да истражуваат полесни, посилни и почувствителни материјали за дополнително да ги подобрат перформансите и да ја намалат големината.

• Дводимензионалните материјали, како графенот, нудат исклучителни механички, електрични и оптички својства за изработка на сензори со висока чувствителност, прецизност и мала моќност.
• Метално-органски рамки (MOFs) со голема површина, прилагодлива порозност и богата хемиска функционалност за создавање чувствителни и мултифункционални сензори.

Интеграција на вештачка интелигенција и големи податоциКомбинирањето на вештачката интелигенција и технологиите за големи податоци со повеќедимензионални сензори за сила ги подобрува способностите за анализа на податоци и донесување одлуки, отворајќи го патот за иновативни апликации и подобрувања во технологијата на сензори.