reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© Bosch Przemys艂 elektroniczny | 13 pa藕dziernika 2015

Bosch pracuje nad przysz艂o艣ci膮 czujników MEMS

Czujniki MEMS maj膮 kluczowe znaczenie dla rozwoju koncepcji internetu rzeczy 鈥 podkre艣la firma Bosch, kt贸ra od 1995 roku wyprodukowa艂a ju偶 ponad 6 mld czujnik贸w mikromechanicznych.
Czujniki mikromechaniczne firmy Bosch: s膮 ma艂e jak g艂贸wka od szpilki, ale w wielu obszarach potrafi膮 zmieni膰 偶ycie na lepsze. Te stosowane w opaskach fitness rejestruj膮 ruch cia艂a i pomagaj膮 utrzyma膰 zdrowie i dobre samopoczucie. Czujniki w samochodach wykrywaj膮 sytuacje niebezpieczne i alarmuj膮 sterowniki, kt贸re utrzymuj膮 stabilno艣膰 pojazdu. Poniewa偶 czujniki reaguj膮 tak偶e na si艂臋 przyci膮gania ziemskiego, smartfony mog膮 automatycznie zmienia膰 ustawienie obrazu z pionowego na poziome. 鈥 Najwa偶niejszym wyzwaniem w dalszym rozwoju naszych czujnik贸w MEMS jest zu偶ycie energii. Przyk艂adowo zaawansowana inteligencja pomaga obni偶y膰 zu偶ycie energii czujnika 鈥 wyja艣nia dr Franz L盲rmer, specjalista ds. czujnik贸w w firmie Bosch.

Trzy koncepcje obni偶enia zu偶ycia energii

U偶ytkownicy urz膮dze艅 mobilnych, takich jak zegarki typu smart, okulary oferuj膮ce rzeczywisto艣膰 rozszerzon膮 czy urz膮dze艅 elektronicznych przeznaczonych do noszenia na ciele, najcz臋艣ciej domagaj膮 si臋 wy偶szej wydajno艣ci akumulatora, kompaktowego wzornictwa, ta艅szych produkt贸w i wi臋kszej liczby funkcji. Do tej pory pojemno艣膰 akumulatora w takich urz膮dzeniach nie by艂a wystarczaj膮ca, aby przez ca艂y czas zapewni膰 zasilanie czujnik贸w i procesor贸w analizuj膮cych dane. W przypadku ci膮g艂ego korzystania z funkcji obs艂ugiwanych przez czujniki, urz膮dzenia musz膮 by膰 cz臋艣ciej 艂adowane. Wy偶sza wydajno艣膰 baterii umo偶liwia ponadto zwi臋kszenie zakresu inteligentnych zastosowa艅. L盲rmer oraz jego zesp贸艂 w Renningen badaj膮 wsp贸lnie z in偶ynierami z Palo Alto w Dolinie Krzemowej trzy r贸偶ne koncepcje umo偶liwiaj膮ce obni偶enie zu偶ycia energii czujnik贸w.

Pierwsza koncepcja: pozyskiwanie energii ze zmian ci艣nienia, drga艅 lub r贸偶nicy temperatur w otoczeniu. Nad tzw. 偶niwami energetycznymi (ang.: energy harvesting) Bosch prowadzi badania wsp贸lnie z innymi partnerami w ramach finansowanego z funduszy publicznych projektu 9D-Sense. Male艅kie akumulatory mog膮 przechowywa膰 nawet minimalne ilo艣ci pozyskanej z otoczenia energii, co zapewnia czujnikom zasilanie przez d艂ugi czas.

Druga koncepcja: inteligentne oprogramowanie umo偶liwia czujnikom gromadzenie i transmisj臋 danych tylko wtedy, kiedy jest to naprawd臋 konieczne 鈥 w sytuacji, gdy smartfon nie jest u偶ywany, czujniki mog膮 si臋 wy艂膮cza膰.

Trzecia koncepcja: badacze Bosch w Palo Alto zaprojektowali najmniejszy i najbardziej energooszcz臋dny na 艣wiecie modu艂 czujnika. W obudowie jednostki BMI160 maj膮cej wymiary 2,5 脳 3,0 脳 0,8 znajduj膮 si臋 m.in. sensory przyspieszenia i momentu obracaj膮cego. Czujnik taki wykrywa na przyk艂ad po艂o偶enie przestrzenne smartfonu. Inne zastosowania to tablety czy inteligentne zegarki typu smart. Przy pe艂nym obci膮偶eniu typowe zu偶ycie pr膮du jednostki BMI160 wynosi zaledwie 950 mikroamper贸w 鈥 to mniej ni偶 po艂owa standardowego zu偶ycia, a jednocze艣nie rekordowy wynik w bran偶y. Ten i inne czujniki Bosch s膮 obecnie montowane w trzech na cztery smartfony dost臋pne na rynku.

Ka偶dy przedmiot mo偶e zbiera膰 informacje

鈥 W przysz艂o艣ci w czujniki b臋dzie wyposa偶ony prawdopodobnie ka偶dy przedmiot codziennego u偶ytku. Jest to rewolucyjna zmiana, gdy偶 dzi臋ki temu prawie ka偶dy przedmiot b臋dzie w stanie zbiera膰 informacje o sobie i swoim otoczeniu. Walory u偶ytkowe takich przedmiot贸w ulegn膮 gwa艂townemu rozszerzeniu 鈥 m贸wi L盲rmer. Coraz wi臋ksz膮 rol臋 zaczyna odgrywa膰 tak偶e mo偶liwo艣膰 艂膮czenia ze sob膮 r贸偶nych czujnik贸w oraz integracja inteligentnego oprogramowania. Na przyk艂ad w bran偶y fitness czujnik mierzy ci艣nienie powietrza, dzi臋ki czemu wie, na kt贸rym pi臋trze znajduje si臋 posiadacz urz膮dzenia. Inny czujnik rozpoznaje ruchy wykonywane przez posiadacza. Dzi臋ki danym z male艅kiego, przyklejanego do sk贸ry czujnika rytmu serca, automatycznie tworzony jest profil sprawno艣ciowy 鈥 wykrywa on np. zmian臋 cz臋stotliwo艣ci uderze艅 serca podczas wchodzenia po schodach. Aplikacja na smartfonie mo偶e na 偶yczenie przes艂a膰 profil trenerowi. Mo偶liwe s膮 tak偶e inne zastosowania, np. we wczesnej diagnostyce chor贸b. 鈥 Schorzenia takie, jak demencja czy wady postawy, s膮 wcze艣niej sygnalizowane przez zmian臋 sekwencji ruch贸w. Zmiany te mo偶na wykrywa膰 za pomoc膮 czujnik贸w MEMS, co u艂atwia szybkie diagnozowanie chor贸b i wcze艣niejsze rozpocz臋cie leczenia 鈥 m贸wi L盲rmer. 鈥 Wielu zastosowa艅 czujnik贸w nie jeste艣my dzi艣 jeszcze w stanie przewidzie膰 鈥 dopiero je badamy.

Najnowsze wyposa偶enie techniczne do badania czujnik贸w

W nowym o艣rodku badawczo-rozwojowym w Renningen pod Stuttgartem Bosch pracuje nad przysz艂o艣ci膮 czujnik贸w. Maj膮 one by膰 jeszcze mniejsze i zu偶ywa膰 jeszcze mniej pr膮du, tak偶e po to, aby umo偶liwi膰 nowe zastosowania. Podobnie jak produkcja, tak偶e badania nad nowymi generacjami czujnik贸w MEMS wymagaj膮 optymalnych warunk贸w do dzia艂ania. Przy opracowywaniu i produkcji struktur MEMS nawet najmniejsze drobiny py艂u mog膮 prowadzi膰 do du偶ych problem贸w. Dlatego w nowym campusie badawczym Bosch ma do dyspozycji budynek, w kt贸rym znajduj膮 si臋 pomieszczenia o najwy偶szym standardzie czysto艣ci. Tylko odpowiednio przefiltrowane powietrze zawieraj膮ce maksymalnie 370 cz膮stek zanieczyszcze艅 na jeden metr sze艣cienny mo偶e by膰 doprowadzane do tego rodzaju pomieszcze艅. Dla por贸wnania: w typowym 艣rodowisku miejskim w powietrzu unosi si臋 oko艂o 35 milion贸w cz膮stek zanieczyszcze艅 w jednym metrze sze艣ciennym powietrza.

Drobne struktury o wyj膮tkowej czu艂o艣ci

Podczas produkcji czujnik贸w MEMS w krzemie powstaj膮 precyzyjne struktury uzyskiwane metod膮 trawienia. W czujniku zaz臋biaj膮 si臋 ze sob膮 wypustki male艅kich struktur przypominaj膮cych grzebienie 鈥 s膮 tak filigranowe, 偶e nie osi膮gaj膮 nawet jednej czwartej grubo艣ci ludzkiego w艂osa. Podczas ruchu struktury te przemieszczaj膮 si臋 ku sobie. Odst臋p pomi臋dzy wypustkami zmienia si臋, co powoduje tak偶e zmian臋 napi臋cia elektrycznego. Napi臋cie jest mierzone i przetwarzane na sygna艂 elektryczny przekazywany przez czujnik. 鈥 Dzi臋ki tej technologii czujniki MEMS osi膮gaj膮 ekstremalnie wysok膮 czu艂o艣膰 鈥 wyja艣nia L盲rmer. W warunkach laboratoryjnych czujniki bez wi臋kszych problem贸w umo偶liwiaj膮 tak偶e pomiar obrot贸w Ziemi. Co wi臋cej, drobne struktury krzemowe rejestruj膮 nawet ruch o d艂ugo艣ci 1 femtometra. Jest to wr臋cz niewyobra偶alnie ma艂a odleg艂o艣膰 wynosz膮ca 0, 000 000 000 000 001 metra (10 -15 m). Mie艣ci si臋 ona w obr臋bie 艣rednicy protonu, jednego z element贸w j膮dra atomowego.



漏 Bosch
reklama
reklama
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
January 17 2019 14:20 V11.11.0-1