Pohled do budoucnosti: Základní trend miniaturizace multidimenzionálních silových senzorů

Definice vícerozměrných silových senzorů

Vícerozměrné snímače síly jsou třídou vysoce přesných snímačů schopných měřit síly ve více směrech současně, včetně tlakových, tahových a torzních sil.Miniaturizace těchto senzorů znamená, že je lze integrovat do velmi malých zařízení, jako jsou lékařské implantáty, miniaturní roboty nebo vysoce přesné průmyslové řídicí systémy.Miniaturizace umožňuje těmto senzorům zabírat méně místa, spotřebovávat méně energie a pracovat lépe.

Význam miniaturizace

Význam miniaturizace spočívá v její schopnosti umožnit aplikaci vícerozměrných silových senzorů v oblastech dříve omezených prostorovými omezeními.
Například v minimálně invazivní chirurgii lze do chirurgických nástrojů integrovat miniaturní senzory, které poskytují zpětnou vazbu síly v reálném čase, čímž se zvyšuje přesnost a bezpečnost operace.V chytrých telefonech a nositelných zařízeních lze miniaturizované senzory použít k poskytování jemnější dotykové zpětné vazby a sledování zdravotního stavu uživatelů.

Expanze a dopad v aplikačních oblastech

 

Aplikace ve zdravotnictví

Ve zdravotnictví představují miniaturizované vícerozměrné snímače síly revoluci v tradičních diagnostických a léčebných metodách.Mohou být například integrovány do nositelných zařízení pro monitorování fyziologických parametrů, jako je srdeční frekvence a krevní tlak v reálném čase.V minimálně invazivní chirurgii může přesná silová zpětná vazba poskytovaná těmito senzory lékařům pomoci bezpečněji a přesněji ovládat chirurgické nástroje.

Pro diagnostiku lze miniaturizované vícerozměrné snímače síly použít k:

• Monitorujte fyziologické parametry v reálném čase: Integrované do nositelných zařízení mohou monitorovat srdeční frekvenci, krevní tlak, dechovou frekvenci, tělesnou teplotu atd., což pomáhá při včasné detekci onemocnění a prevenci.
• Pomoc při diagnostice onemocnění: Mohou měřit svalovou sílu, rozsah pohybu kloubů atd., což pomáhá při diagnostice muskuloskeletálních a neurologických poruch.
• Usnadnit včasné vyšetření: Mohou odhalit včasné varovné příznaky závažných onemocnění, jako je rakovina a kardiovaskulární onemocnění, což umožňuje včasnou léčbu.

K léčbě lze tyto senzory použít k:

• Asistujte při minimálně invazivní chirurgii: Nabízejte přesnou zpětnou vazbu síly, která chirurgům pomáhá používat nástroje bezpečněji a přesněji a zlepšuje úspěšnost chirurgických zákroků.
• Rehabilitační terapie: Sledování pokroku pacienta v rehabilitaci, pomoc při efektivních zotavovacích cvičeních.
• Asistujte při robotické chirurgii: Snímání chirurgického prostředí a fyziologie pacienta pro poskytování zpětné vazby v reálném čase pro bezpečnější robotické operace.

Chytrá výroba a robotika

V inteligentní výrobě a robotice zlepšují miniaturizované multidimenzionální snímače síly vnímání a provozní přesnost robotů a umožňují složité a choulostivé úkoly, jako je přesná montáž a podrobná kontrola kvality.

Pro vnímání robota mohou tyto senzory:

• Vnímejte informace o okolním prostředí v pracovním prostoru robota, jako je tvar objektu, poloha a síla, čímž se zlepšují schopnosti vnímání.Například měření síly na koncovém efektoru robota pro vnímání hmotnosti a tvaru předmětu;měření točivého momentu pro pochopení směru a intenzity rotace předmětu;a měření síly i točivého momentu, aby bylo možné plně porozumět dynamice objektu.

Pro ovládání robota mohou:

• Řízení pohybu robota, jako je síla a točivý moment ramene, zvyšuje přesnost a stabilitu operace.Při přesné montáži zajišťují přesné umístění dílů;při kontrole kvality zjišťují povrchové vady a vnitřní struktury pro podrobné hodnocení kvality.

Pro bezpečnost robotů mohou:

• Snímejte síly interakce mezi lidmi a roboty, abyste zajistili bezpečnou spolupráci mezi člověkem a robotem.Například snímání vzdálenosti a kontaktní síly, aby se předešlo nehodám v spolupracujících pracovních prostorech.

Aplikace ve spotřební elektronice

Miniaturizované multidimenzionální snímače síly obohacují funkčnost a inteligenci spotřební elektroniky, jako jsou smartphony a nositelná zařízení, zlepšují odezvu dotykové obrazovky, monitorují pohyb a dokonce i duševní stav.

V chytrých telefonech mohou:

• Zlepšete odezvu dotykové obrazovky snímáním tlaku prstu, umožňuje ovládání hlasitosti telefonu, přibližování obrazu atd.
• Vylepšete herní zážitky snímáním pohybu a orientace telefonu a nabízí realistické herní interakce.
• Poskytujte funkce pro sledování zdraví, hodnocení síly úchopu, srdeční frekvence a dalších fyziologických ukazatelů pro sledování zdravotního stavu.

V nositelných zařízeních mohou:

• Sledování pohybových stavů, práce s akcelerometry a gyroskopy pro sledování kroků, vzdálenosti, spálených kalorií atd.
• Sledujte kvalitu spánku, určete polohu spánku a frekvenci dýchání pro lepší porozumění spánku.
• Monitorujte duševní zdraví hodnocením elektrodermální aktivity (EDA), abyste změřili úroveň stresu a úzkosti, abyste se uvolnili, abyste se vyhnuli nadměrnému stresu.

Tyto senzory navíc nacházejí uplatnění v:

• Chytré domy: Ovládání chytrých zámků, osvětlení atd.
• Virtuální a rozšířená realita: Nabízí realističtější zážitky z interakce.

Budoucí trendy a vývojové směry Aplikace nových materiálů

Budoucí multidimenzionální snímače síly budou i nadále zkoumat lehčí, pevnější a citlivější materiály, aby dále zvýšily výkon a zmenšily velikost.

• Dvourozměrné materiály, jako je grafen, nabízejí výjimečné mechanické, elektrické a optické vlastnosti pro výrobu vysoce citlivých, přesných a nízkoenergetických senzorů.
• Metal-organic Frameworks (MOF) s velkým povrchem, laditelnou porézností a bohatou chemickou funkčností pro vytváření citlivých a multifunkčních senzorů.

Integrace AI a Big DataKombinace technologií umělé inteligence a velkých dat s multidimenzionálními senzory síly zlepšuje analýzu dat a možnosti rozhodování a připravuje cestu pro inovativní aplikace a vylepšení v technologii senzorů.