Погляд у будучыню: асноўная тэндэнцыя мініяцюрызацыі шматмерных датчыкаў сілы

Вызначэнне шматмерных датчыкаў сілы

Шматмерныя датчыкі сілы - гэта клас высокадакладных датчыкаў, здольных вымяраць сілы ў некалькіх кірунках адначасова, уключаючы сілы ціску, расцяжэння і кручэння. Мініяцюрізацыя гэтых датчыкаў азначае, што іх можна інтэграваць у вельмі маленькія прылады, такія як медыцынскія імплантаты, мініяцюрныя робаты або высокадакладныя прамысловыя сістэмы кіравання. Мініяцюрізацыя дазваляе гэтым датчыкам займаць менш месца, спажываць менш энергіі і працаваць лепш.

Важнасць мініяцюрызацыі

Важнасць мініяцюрызацыі заключаецца ў яе здольнасці даць магчымасць прымянення шматмерных датчыкаў сілы ў раёнах, раней абмежаваных прасторавымі абмежаваннямі.
Напрыклад, у малаінвазіўнай хірургіі мініяцюрныя датчыкі могуць быць інтэграваныя ў хірургічныя інструменты для забеспячэння зваротнай сувязі па сіле ў рэжыме рэальнага часу, тым самым павялічваючы дакладнасць і бяспеку аперацыі. У смартфонах і носных прыладах мініяцюрныя датчыкі могуць быць выкарыстаны для забеспячэння больш дакладнай сэнсарнай зваротнай сувязі і маніторынгу стану здароўя карыстальнікаў.

Пашырэнне і ўздзеянне ў сферах прымянення

 

Прымяненне ў сферы аховы здароўя

У сферы аховы здароўя мініяцюрныя шматмерныя датчыкі сілы рэвалюцыянізуюць традыцыйныя метады дыягностыкі і лячэння. Напрыклад, іх можна інтэграваць у носныя прылады для маніторынгу фізіялагічных параметраў у рэжыме рэальнага часу, такіх як частата сардэчных скарачэнняў і крывяны ціск. У малаінвазіўнай хірургіі дакладная зваротная сувязь па сіле, якую забяспечваюць гэтыя датчыкі, можа дапамагчы лекарам працаваць з хірургічнымі інструментамі больш бяспечна і дакладна.

Для дыягностыкі мініяцюрныя шматмерныя датчыкі сілы можна выкарыстоўваць для:

• Сачыце за фізіялагічнымі параметрамі ў рэжыме рэальнага часу: інтэграваныя ў носныя прылады, яны могуць кантраляваць пульс, артэрыяльны ціск, частату дыхання, тэмпературу цела і г.д., дапамагаючы ранняму выяўленню і прафілактыцы захворванняў.
• Дапамога ў дыягностыцы захворвання: яны могуць вымяраць мышачную сілу, дыяпазон рухаў у суставах і г.д., дапамагаючы ў дыягностыцы апорна-рухальнага апарата і неўралагічных расстройстваў.
• Садзейнічанне ранняму абследаванню: яны могуць выяўляць раннія прыкметы сур'ёзных захворванняў, такіх як рак і сардэчна-сасудзістыя захворванні, што дазваляе ранняе лячэнне.

Для лячэння гэтыя датчыкі можна выкарыстоўваць для:

• Дапамога ў малаінвазіўнай хірургіі: прапанова дакладнай зваротнай сувязі па сіле, каб дапамагчы хірургам працаваць з інструментамі больш бяспечна і дакладна, паляпшаючы ўзровень поспеху хірургічнага ўмяшання.
• Рэабілітацыйная тэрапія: назіранне за ходам рэабілітацыі пацыента, дапамога ў эфектыўных практыкаваннях для аднаўлення.
• Дапамога ў рабатызаванай хірургіі: вызначэнне хірургічнага асяроддзя і фізіялогіі пацыента для забеспячэння зваротнай сувязі ў рэжыме рэальнага часу для больш бяспечных рабатызаваных аперацый.

Разумная вытворчасць і робататэхніка

У разумнай вытворчасці і робататэхніцы мініяцюрныя шматмерныя датчыкі сілы паляпшаюць успрыманне робатаў і аператыўную дакладнасць, дазваляючы выконваць такія складаныя і далікатныя задачы, як дакладная зборка і дэталёвы кантроль якасці.

Для ўспрымання робата гэтыя датчыкі могуць:

• Адчуванне інфармацыі аб навакольным асяроддзі ў працоўнай прасторы робата, такой як форма аб'екта, становішча і сіла, паляпшаючы здольнасці ўспрымання. Напрыклад, вымярэнне сілы ў канчатковым прыборы робата для ўспрымання вагі і формы аб'екта; вымярэнне крутоўнага моманту, каб зразумець кірунак і інтэнсіўнасць кручэння аб'екта; і вымярэнне сілы і крутоўнага моманту для поўнага разумення дынамікі аб'екта.

Для кіравання робатам яны могуць:

• Кіраванне рухам робата, такім як сіла рукі і крутоўны момант, павышае дакладнасць і стабільнасць працы. Пры дакладнай зборцы яны забяспечваюць дакладнае размяшчэнне дэталяў; пры кантролі якасці яны выяўляюць дэфекты паверхні і ўнутраныя структуры для дэталёвай ацэнкі якасці.

Для бяспекі робатаў яны могуць:

• Узаемадзеянне Sense прымушае людзей і робатаў забяспечваць бяспечнае супрацоўніцтва чалавека і робата. Напрыклад, вызначэнне адлегласці і кантактнай сілы для прадухілення няшчасных выпадкаў у сумесных працоўных месцах.

Прыкладанні ў бытавой электроніцы

Мініяцюрныя шматмерныя датчыкі сілы ўзбагачаюць функцыянальнасць і інтэлект бытавой электронікі, такой як смартфоны і носныя прылады, паляпшаючы рэакцыю сэнсарнага экрана, маніторынг руху і нават стан псіхічнага здароўя.

У смартфонах яны могуць:

• Палепшыце хуткасць рэагавання на сэнсарны экран, выяўляючы ціск пальцаў, дазваляючы кантраляваць гучнасць тэлефона, маштабаванне выявы і г.д.
• Палепшыце гульнявыя ўражанні, выяўляючы рух і арыентацыю тэлефона, прапаноўваючы рэалістычнае гульнявое ўзаемадзеянне.
• Забяспечце функцыі маніторынгу здароўя, ацэнку сілы сціскання, пульса і іншых фізіялагічных паказчыкаў для адсочвання стану здароўя.

У носных прыладах яны могуць:

• Сачыце за станамі руху, працуючы з акселерометрамі і гіраскопамі для адсочвання крокаў, адлегласці, спаленых калорый і г.д.
• Сачыце за якасцю сну, ацэньваючы позу сну і частату дыхання для лепшага разумення сну.
• Сачыце за псіхічным здароўем, ацэньваючы электродермальную актыўнасць (EDA), каб вымераць узровень стрэсу і трывогі, падахвочваючы расслабіцца, каб пазбегнуць празмернага стрэсу.

Акрамя таго, гэтыя датчыкі знаходзяць прымяненне ў:

• Разумныя дамы: кіраванне разумнымі замкамі, асвятленнем і г.д.
• Віртуальная і дапоўненая рэальнасць: прапанова больш рэалістычнага ўзаемадзеяння.

Будучыя тэндэнцыі і напрамкі развіцця Прымяненне новых матэрыялаў

Будучыя шматмерныя датчыкі сілы будуць працягваць даследаваць больш лёгкія, трывалыя і больш адчувальныя матэрыялы для далейшага павышэння прадукцыйнасці і памяншэння памеру.

• Двухмерныя матэрыялы, такія як графен, прапануюць выключныя механічныя, электрычныя і аптычныя ўласцівасці для стварэння высокаадчувальных, дакладных і маламагутных датчыкаў.
• Металаарганічныя каркасы (MOF) з вялікай плошчай паверхні, наладжвальнай сітаватасцю і багатай хімічнай функцыянальнасцю для стварэння адчувальных і шматфункцыянальных датчыкаў.

Інтэграцыя AI і Big DataАб'яднанне штучнага інтэлекту і тэхналогій вялікіх аб'ёмаў дадзеных з шматмернымі датчыкамі сілы пашырае магчымасці аналізу даных і прыняцця рашэнняў, адкрываючы шлях для інавацыйных прыкладанняў і ўдасканалення тэхналогіі датчыкаў.