Žvilgsnis į ateitį: pagrindinė daugiamačių jėgos jutiklių miniatiūrizavimo tendencija

Daugiamačių jėgos jutiklių apibrėžimas

Daugiamačiai jėgos jutikliai yra didelio tikslumo jutiklių klasė, galinti vienu metu matuoti jėgas keliomis kryptimis, įskaitant slėgio, tempimo ir sukimo jėgas. Šių jutiklių miniatiūrizavimas reiškia, kad juos galima integruoti į labai mažus įrenginius, tokius kaip medicininiai implantai, miniatiūriniai robotai ar didelio tikslumo pramoninės valdymo sistemos. Miniatiūrizavimas leidžia šiems jutikliams užimti mažiau vietos, sunaudoti mažiau energijos ir geriau veikti.

Miniatiūrizavimo svarba

Miniatiūrizavimo svarba slypi jo gebėjime pritaikyti daugiamačius jėgos jutiklius tose srityse, kurias anksčiau ribojo erdvės apribojimai.
Pavyzdžiui, minimaliai invazinėje chirurgijoje miniatiūrinius jutiklius galima integruoti į chirurginius įrankius, kad realiuoju laiku būtų galima gauti grįžtamąjį ryšį, taip padidinant operacijos tikslumą ir saugumą. Išmaniuosiuose telefonuose ir nešiojamuosiuose įrenginiuose galima naudoti miniatiūrinius jutiklius, kad būtų galima pateikti tikslesnius jutiklinius atsiliepimus ir stebėti vartotojų sveikatos būklę.

Išplėtimas ir poveikis taikymo srityse

 

Paraiškos sveikatos priežiūros sektoriuje

Sveikatos priežiūros sektoriuje miniatiūriniai daugiamačiai jėgos jutikliai keičia tradicinius diagnostikos ir gydymo metodus. Pavyzdžiui, juos galima integruoti į nešiojamus prietaisus, skirtus realiu laiku stebėti fiziologinius parametrus, tokius kaip širdies susitraukimų dažnis ir kraujospūdis. Atliekant minimaliai invazinę chirurgiją, šių jutiklių teikiamas tikslus jėgos grįžtamasis ryšys gali padėti gydytojams saugiau ir tiksliau valdyti chirurginius įrankius.

Diagnostikai miniatiūriniai daugiamačiai jėgos jutikliai gali būti naudojami:

• Stebėkite fiziologinius parametrus realiu laiku: integruoti į nešiojamus prietaisus, jie gali stebėti širdies ritmą, kraujospūdį, kvėpavimo dažnį, kūno temperatūrą ir kt., padedant anksti nustatyti ligas ir užkirsti kelią jų prevencijai.
• Pagalba diagnozuojant ligą: jie gali išmatuoti raumenų jėgą, sąnarių judesių diapazoną ir kt., padedantys diagnozuoti raumenų ir kaulų bei neurologinius sutrikimus.
• Palengvinti ankstyvą atranką: jie gali aptikti ankstyvus įspėjamuosius svarbių ligų, tokių kaip vėžys ir širdies ir kraujagyslių ligos, požymius, kad būtų galima anksti gydyti.

Gydymui šie jutikliai gali būti naudojami:

• Pagalba atliekant minimaliai invazinę chirurgiją: tikslios jėgos grįžtamasis ryšys padeda chirurgams saugiau ir tiksliau valdyti įrankius, taip pagerinant chirurginių operacijų sėkmės rodiklius.
• Reabilitacinė terapija: paciento reabilitacijos pažangos stebėjimas, veiksmingų atsigavimo pratimų pagalba.
• Pagalba atliekant robotų chirurgiją: chirurginės aplinkos ir paciento fiziologijos jutimas, kad būtų galima gauti grįžtamąjį ryšį realiuoju laiku apie saugesnes robotų operacijas.

Išmani gamyba ir robotika

Išmaniojoje gamyboje ir robotikoje miniatiūriniai daugiamačiai jėgos jutikliai pagerina robotų suvokimą ir veikimo tikslumą, todėl galima atlikti sudėtingas ir subtilias užduotis, tokias kaip tikslus surinkimas ir išsami kokybės patikra.

Kad robotas suvoktų, šie jutikliai gali:

• Jauskite informaciją apie aplinką roboto darbo vietoje, pvz., objekto formą, padėtį ir jėgą, pagerindami suvokimo gebėjimus. Pavyzdžiui, išmatuoti jėgą prie roboto galutinio efekto, kad būtų galima suvokti objekto svorį ir formą; matuoti sukimo momentą, kad suprastų objekto sukimosi kryptį ir intensyvumą; ir išmatuoti jėgą ir sukimo momentą, kad būtų galima visiškai suprasti objekto dinamiką.

Norėdami valdyti robotą, jie gali:

• Valdykite roboto judesius, pvz., rankos jėgą ir sukimo momentą, padidina operacijos tikslumą ir stabilumą. Tikslaus surinkimo metu jie užtikrina, kad dalys būtų tiksliai išdėstytos; atliekant kokybės patikrinimą, jie nustato paviršiaus defektus ir vidines konstrukcijas, kad būtų galima atlikti išsamų kokybės vertinimą.

Dėl roboto saugumo jie gali:

• Jauskite žmonių ir robotų sąveikos jėgas, kad būtų užtikrintas saugus žmogaus ir roboto bendradarbiavimas. Pavyzdžiui, atstumo ir kontaktinės jėgos jutimas, siekiant išvengti nelaimingų atsitikimų bendradarbiavimo darbo vietose.

Taikymas buitinės elektronikos srityje

Miniatiūriniai daugiamačiai jėgos jutikliai praturtina plataus vartojimo elektronikos, pvz., išmaniųjų telefonų ir nešiojamų prietaisų, funkcionalumą ir intelektą, pagerina jutiklinio ekrano reagavimą, judėjimo stebėjimą ir netgi psichinės sveikatos būklę.

Išmaniuosiuose telefonuose jie gali:

• Pagerinkite jutiklinio ekrano reagavimą, matydami piršto spaudimą, įgalindami valdyti telefono garsumą, keisti vaizdą ir pan.
• Patobulinkite žaidimų patirtį jausdami telefono judėjimą ir orientaciją, siūlydami tikrovišką žaidimo sąveiką.
• Pateikite sveikatos stebėjimo funkcijas, įvertinkite sukibimo stiprumą, širdies ritmą ir kitus fiziologinius rodiklius, kad galėtumėte stebėti sveikatos būklę.

Nešiojamuose įrenginiuose jie gali:

• Stebėkite judėjimo būsenas, dirbdami su akselerometrais ir giroskopais, kad galėtumėte sekti žingsnius, atstumą, sudegintas kalorijas ir kt.
• Stebėkite miego kokybę, įvertinkite miego laikyseną ir kvėpavimo dažnį, kad geriau suprastumėte miegą.
• Stebėkite psichinę sveikatą vertindami elektroderminį aktyvumą (EDA), kad įvertintumėte streso ir nerimo lygį, paskatindami atsipalaiduoti, kad išvengtumėte per didelio streso.

Be to, šie jutikliai gali būti pritaikyti:

• Išmanieji namai: išmaniųjų spynų, apšvietimo ir kt. valdymas.
• Virtuali ir papildyta realybė: siūlo tikroviškesnę sąveikos patirtį.

Ateities tendencijos ir plėtros kryptys Naujų medžiagų taikymas

Būsimi daugiamačiai jėgos jutikliai ir toliau tirs lengvesnes, tvirtesnes ir jautresnes medžiagas, kad dar labiau pagerintų našumą ir sumažintų dydį.

• Dvimatės medžiagos, tokios kaip grafenas, pasižymi išskirtinėmis mechaninėmis, elektrinėmis ir optinėmis savybėmis, kad būtų galima gaminti didelio jautrumo, tikslumo ir mažos galios jutiklius.
• Metaliniai organiniai karkasai (MOF) su dideliu paviršiaus plotu, reguliuojamu poringumu ir turtinga chemine funkcionalumu, skirti sukurti jautrius ir daugiafunkcius jutiklius.

AI ir didelių duomenų integravimasDirbtinio intelekto ir didelių duomenų technologijų derinimas su daugiamačiais jėgos jutikliais pagerina duomenų analizės ir sprendimų priėmimo galimybes, atveria kelią naujoviškoms programoms ir jutiklių technologijų patobulinimams.