Поглед към бъдещето: Съществената тенденция на миниатюризация на многоизмерни сензори за сила

Дефиниция на многомерни сензори за сила

Многомерните сензори за сила са клас високопрецизни сензори, способни да измерват сили в множество посоки едновременно, включително сили на натиск, опън и усукване. Миниатюризацията на тези сензори означава, че те могат да бъдат интегрирани в много малки устройства, като медицински импланти, миниатюрни роботи или високопрецизни индустриални системи за управление. Миниатюризацията позволява на тези сензори да заемат по-малко място, да консумират по-малко енергия и да работят по-добре.

Значение на миниатюризацията

Значението на миниатюризацията се крие в нейната способност да позволява прилагането на многоизмерни сензори за сила в области, които преди това са били ограничени от пространствени ограничения.
Например, при минимално инвазивна хирургия, миниатюрни сензори могат да бъдат интегрирани в хирургически инструменти, за да осигурят обратна връзка за сила в реално време, като по този начин повишават прецизността и безопасността на операцията. В смартфоните и устройствата за носене миниатюризираните сензори могат да се използват за осигуряване на по-прецизна обратна връзка при докосване и наблюдение на здравословното състояние на потребителите.

Разширяване и въздействие в полетата на приложение

 

Приложения в сектора на здравеопазването

В сектора на здравеопазването миниатюризираните многоизмерни сензори за сила революционизират традиционните методи за диагностика и лечение. Например, те могат да бъдат интегрирани в устройства за носене за наблюдение в реално време на физиологични параметри като сърдечен ритъм и кръвно налягане. При минимално инвазивната хирургия прецизната обратна връзка за силата, осигурена от тези сензори, може да помогне на лекарите да работят с хирургически инструменти по-безопасно и точно.

За диагностика миниатюризирани многоизмерни сензори за сила могат да се използват за:

• Наблюдавайте физиологичните параметри в реално време: Интегрирани в устройства за носене, те могат да следят сърдечната честота, кръвното налягане, честотата на дишане, телесната температура и т.н., помагайки за ранно откриване и превенция на заболявания.
• Подпомагат диагностиката на заболяването: Те могат да измерват мускулната сила, обхвата на движение на ставите и т.н., подпомагайки диагностицирането на мускулно-скелетни и неврологични заболявания.
• Улесняване на ранния скрининг: Те могат да открият ранни предупредителни признаци за значими заболявания като рак и сърдечно-съдови заболявания, позволявайки ранно лечение.

За лечение тези сензори могат да се използват за:

• Подпомагане на минимално инвазивна хирургия: Предлага прецизна обратна връзка за силата, за да помогне на хирурзите да работят с инструменти по-безопасно и прецизно, подобрявайки процента на хирургичен успех.
• Рехабилитационна терапия: Наблюдение на напредъка на пациента в рехабилитацията, подпомагане на ефективни упражнения за възстановяване.
• Подпомагане на роботизирана хирургия: Усещане на хирургическата среда и физиологията на пациента, за да се осигури обратна връзка в реално време за по-безопасни роботизирани операции.

Интелигентно производство и роботика

В интелигентното производство и роботиката миниатюризираните многоизмерни сензори за сила подобряват възприятието и оперативната прецизност на роботите, позволявайки сложни и деликатни задачи като прецизно сглобяване и подробна проверка на качеството.

За възприятие на робота тези сензори могат:

• Усетете информация за околната среда в работното пространство на робота, като форма на обект, позиция и сила, подобрявайки способностите за възприятие. Например, измерване на сила в крайния ефектор на робот, за да се възприеме теглото и формата на обекта; измерване на въртящия момент за разбиране на посоката и интензитета на въртене на обекта; и измерване както на силата, така и на въртящия момент, за да разберем напълно динамиката на обекта.

За управление на роботи те могат:

• Контролирайте движението на робота, като сила на ръката и въртящ момент, подобрява прецизността и стабилността на работа. При прецизно сглобяване те гарантират, че частите са точно позиционирани; при проверка на качеството те откриват повърхностни дефекти и вътрешни структури за подробни оценки на качеството.

За безопасността на роботите те могат:

• Силите на взаимодействието между хората и роботите осигуряват безопасно сътрудничество между човек и робот. Например, отчитане на разстояние и контактна сила за предотвратяване на злополуки в съвместни работни пространства.

Приложения в потребителската електроника

Миниатюризираните многоизмерни сензори за сила обогатяват функционалността и интелигентността на потребителската електроника като смартфони и носими устройства, като подобряват отзивчивостта на сензорния екран, следят движението и дори състоянието на психичното здраве.

В смартфоните те могат:

• Подобрете отзивчивостта на сензорния екран чрез усещане на натиск с пръст, активиране на контрол върху силата на звука на телефона, мащабиране на изображението и т.н.
• Подобрете игровите изживявания, като усетите движението и ориентацията на телефона, като предлагате реалистични взаимодействия в играта.
• Осигурете функции за наблюдение на здравето, оценявайки силата на захвата, сърдечната честота и други физиологични показатели за проследяване на здравословното състояние.

В устройствата за носене те могат:

• Наблюдавайте състоянията на движение, работейки с акселерометри и жироскопи за проследяване на стъпки, разстояние, изгорени калории и др.
• Наблюдавайте качеството на съня, като оценявате позата на съня и честотата на дишане за по-добро разбиране на съня.
• Наблюдавайте психичното здраве чрез оценка на електродермалната активност (EDA), за да прецените нивата на стрес и тревожност, като подтикнете към релаксация, за да избегнете прекомерен стрес.

Освен това тези сензори намират приложение в:

• Умни домове: Управление на интелигентни ключалки, осветление и др.
• Виртуална и разширена реалност: Предлага по-реалистични изживявания при взаимодействие.

Бъдещи тенденции и посоки на развитие Приложение на нови материали

Бъдещите многоизмерни сензори за сила ще продължат да изследват по-леки, по-здрави и по-чувствителни материали, за да подобрят допълнително производителността и да намалят размера.

• Двуизмерните материали, като графен, предлагат изключителни механични, електрически и оптични свойства за създаване на сензори с висока чувствителност, прецизност и ниска мощност.
• Металоорганични рамки (MOFs) с голяма повърхностна площ, регулируема порьозност и богата химическа функционалност за създаване на чувствителни и многофункционални сензори.

Интеграция на AI и Big DataКомбинирането на изкуствен интелект и технологии за големи данни с многоизмерни сензори за сила подобрява анализа на данни и възможностите за вземане на решения, проправяйки пътя за иновативни приложения и подобрения в сензорната технология.