Rewolucja sensorowa nie tylko puka do naszych drzwi – już dawno wyłamała zamek i rozgościła się u nas na dobre. Urządzenia IoT mnożą się jak króliki, AI staje się coraz mądrzejsza z każdą minutą, a nacisk na zrównoważony rozwój zmienia sposób, w jaki podchodzimy do projektowania elektroniki. Te siły zbiegają się, tworząc ogromną falę innowacji w dziedzinie sensorów.
Minęły czasy, gdy sensory były tylko prostymi urządzeniami wejściowymi. Dzisiaj są one oczami, uszami i systemem nerwowym naszego coraz bardziej połączonego świata. Jako inżynier elektronik lub projektant, stoisz na czele rewolucji sensorowej, która obiecuje uwolnić następną generację innowacji elektronicznych.
Żyjemy w świecie, gdzie samochody widzą lepiej niż ludzie, twój zegarek wie, że zaczynasz chorować zanim sam to zauważysz, a fabryki potrafią przewidzieć i zapobiec awariom zanim do nich dojdzie. Od autonomicznych pojazdów po spersonalizowaną opiekę zdrowotną, sensory napędzają innowacje w różnych sektorach. Wyprzedzenie krzywej w technologii sensorowej jest kluczowe dla tych, którzy chcą odnieść sukces w naszej szybko zmieniającej się branży.
Z tym na uwadze, przyjrzyjmy się dziesięciu typom sensorów, które będą robić furorę w 2025 roku:
Pamiętasz, kiedy aparaty tylko robiły zdjęcia? Te czasy dawno minęły. Czujniki obrazu wspomagane AI to jak nadanie maszynom oczu – oczu, które nigdy się nie mrugają, nigdy się nie męczą i mogą widzieć rzeczy, których ludzie nie mogą. Te czujniki łączą wysoką rozdzielczość obrazowania z przetwarzaniem AI na chipie, umożliwiając funkcje takie jak rozpoznawanie obiektów w czasie rzeczywistym i analiza twarzy. Może już wkrótce będą nawet w stanie wykryć emocje.
Czujniki obrazu wspomagane AI są używane w różnych aplikacjach, od autonomicznych pojazdów, które mogą nawigować po skomplikowanych środowiskach miejskich, po systemy bezpieczeństwa, które mogą wykrywać potencjalne zagrożenia, gdy tylko się pojawią. Na przykład Samsung ISOCELL Sensors oferują wysoką rozdzielczość i zaawansowane przetwarzanie obrazu, dostarczając ulepszonej jakości obrazu i funkcji takich jak rozpoznawanie twarzy.
Jeśli czujniki obrazu wspomagane AI to jak nadanie maszynom oczu, czujniki kwantowe to jak nadanie im szóstego zmysłu. Te urządzenia, wykorzystujące dziwaczne zasady mechaniki kwantowej, osiągają bezprecedensowe poziomy czułości i precyzji. Te czujniki są tak czułe, że mogą wykryć pojedynczy foton lub zmierzyć zmiany w polu magnetycznym Ziemi z niezwykłą dokładnością.
Czujniki kwantowe będą miały duży wpływ na takie dziedziny jak monitorowanie zmian klimatycznych, nawigacja w środowiskach pozbawionych GPS oraz zaawansowane badania naukowe. Umożliwiają to produkty takie jak platforma czujnika kwantowego od Infleqtion (wcześniej ColdQuanta). Platforma wykorzystuje technologię atomów zimnych do umożliwienia różnych zastosowań czujników kwantowych, w tym wysoce precyzyjnych zegarów atomowych i kwantowych grawimetrów.
Czujniki neuromorficzne to mózgi świata czujników. Zaprojektowane tak, aby naśladować strukturę i funkcję biologicznych sieci neuronowych, te czujniki przetwarzają informacje w sposób, który jest niesamowicie podobny do ludzkiego mózgu. Rezultat? Czujniki, które mogą się uczyć, adaptować i podejmować decyzje w locie.
Czujniki neuromorficzne mają odgrywać coraz ważniejszą rolę w zaawansowanych systemach AI, potencjalnie umożliwiając bardziej efektywne i inteligentne przetwarzanie danych na krawędzi. Chociaż nie jest to ściśle czujnik, chip procesora sieci neuronowej Akida od BrainChip może być zintegrowany z różnymi czujnikami, aby umożliwić neuromorficzne przetwarzanie danych z czujników.
Mikroelektromechaniczne systemy (MEMS) są znane od jakiegoś czasu, ale wkrótce przejdą poważną modernizację. W 2025 roku spodziewamy się zobaczyć czujniki MEMS, które będą mniejsze, bardziej precyzyjne i zdolne do mierzenia szerszego zakresu zjawisk fizycznych.
Te maleńkie tytany umożliwią działanie urządzeń IoT nowej generacji, od ultraczułych akcelerometrów, które mogą wykrywać najlżejsze ruchy, po miniaturowe spektrometry, które mogą analizować skład chemiczny. Bosch Sensortec BMI270, wysokowydajna jednostka IMU, na przykład, łączy w sobie akcelerometr MEMS i żyroskop MEMS w jednej małej obudowie, co czyni go idealnym dla urządzeń noszonych i urządzeń IoT.
Grafen, czasami nazywany cudownym materiałem XXI wieku, ma zrobić wielkie wrażenie w świecie czujników. Dzięki swoim unikalnym właściwościom – niesamowitej wytrzymałości, elastyczności i przewodnictwu – czujniki na bazie grafenu mogą wykrywać wszystko, od cząsteczek gazu po biomolekuły z niespotykaną dotąd czułością.
Czujniki grafenowe prawdopodobnie staną się wpływowe w aplikacjach sięgających od nauk o środowisku po diagnostykę medyczną. Graphenea jest jednym z liderów w tej dziedzinie z Czujnikami Tranzystora Polowego z Grafenu (GFET), które oferują wysoką czułość dla zastosowań w wykrywaniu gazów i biosensorach.
W miarę jak rośnie nacisk na zrównoważony rozwój, biodegradowalne czujniki przyciągają dużo uwagi. Te ekologiczne czujniki są zaprojektowane, aby naturalnie rozkładać się po zakończeniu ich użytecznego życia, redukując odpady elektroniczne i wpływ na środowisko. W nadchodzących latach zobaczymy biodegradowalne czujniki używane w rolnictwie, monitoringu środowiska i krótkoterminowych implantach medycznych.
Grupa Badawcza Rogersa na Uniwersytecie Northwestern jest liderem w tej arenie. Zespół badawczy skupia się na rozwijaniu elektroniki przemijającej, która obejmuje biodegradowalne czujniki zaprojektowane dla zastosowań medycznych. Chociaż nie oferują jeszcze produktu komercyjnego, czujniki biodegradowalne grupy są na czele tego pojawiającego się pola.
Czujniki terahercowe działają w idealnym punkcie pomiędzy mikrofalami a światłem podczerwonym, co pozwala im "widzieć" przez materiały nieprzezroczyste dla światła widzialnego. Będą one zmieniać takie dziedziny jak nieniszczące testowanie, kontrola bezpieczeństwa oraz obrazowanie medyczne. Czujniki terahercowe będą w stanie wykrywać ukryte wady materiałów, znajdować ukryte bronie, a nawet diagnozować raka skóry. To jak nadanie czujnikom widzenia rentgenowskiego.
Jednym z przykładów są kamery obrazowania terahercowego TeraSense, które oferują obrazowanie wysokiej rozdzielczości dla nieniszczących testów i zastosowań bezpieczeństwa.
Jeśli zwykłe kamery rejestrują świat w trzech kolorach, czujniki obrazowania hiperspektralnego rejestrują go w setkach. Te czujniki mogą wykrywać i analizować światło w szerokim zakresie spektrum elektromagnetycznego, ujawniając informacje niewidoczne dla gołego oka. Zaczynamy dostrzegać, jak czujniki hiperspektralne wpływają na różne branże, od rolnictwa po mineralogię. Pomogą one rolnikom optymalizować plony, umożliwią bardziej efektywne procesy recyklingu, a nawet pomogą w poszukiwaniu nowych złóż mineralnych.
Na przykład, kamera hiperspektralna HySpex SWIR-384 wyposażona jest w najnowocześniejszy sensor MCT, który może być chłodzony dla zwiększenia wydajności. Nadaje się do wysokiej jakości obrazowania spektralnego dla zastosowań w zdalnym badaniu i inspekcji przemysłowej.
Sztywne czujniki to przeżytek XX wieku. Podobnie jak pojawienie się elastycznych łączników, przyszłość należy do miękkich i rozciągliwych czujników, które mogą dopasować się do zakrzywionych powierzchni i wytrzymać deformację. Te elastyczne komponenty otwierają nowe możliwości w technologii noszonej, robotyce i interfejsach człowiek-maszyna. Miękkie czujniki są integrowane z odzieżą, aplikowane bezpośrednio na skórę do zastosowań monitorujących zdrowie oraz włączane do miękkiej robotyki.
Czujniki pojemnościowe na bazie tkaniny od StretchSense zyskują uwagę w tej dziedzinie. Mogą być integrowane z rękawicami i odzieżą do przechwytywania ruchu i zastosowań noszonych.
Na koniec, warto zwrócić uwagę na sensory zintegrowanych obwodów fotonowych (PIC), które w nadchodzących latach mają zabłysnąć pełnym blaskiem. Te sensory używają światła zamiast elektryczności do wykrywania i mierzenia różnych zjawisk, oferując zalety w postaci szybkości, czułości i efektywności energetycznej. Sensory PIC są używane w szybkich komunikacjach danych, systemach LiDAR dla pojazdów autonomicznych, a nawet w kwantowym przetwarzaniu danych. To jakby ulepszyć swoje sensory, przechodząc z modemu telefonicznego do połączenia światłowodowego.
Chociaż to nie jest konkretny sensor, zintegrowane obwody fotonowe Infinera umożliwiają różne zastosowania sensoryczne w komunikacji optycznej i innych dziedzinach.
Wdrażanie tych zaawansowanych sensorów nie jest pozbawione wyzwań. Problemy z integracją, obawy dotyczące zużycia energii i wąskie gardła w przetwarzaniu danych to tylko kilka przeszkód, które inżynierowie muszą pokonać. Kluczem do przezwyciężenia tych wyzwań jest holistyczne projektowanie systemów, zaawansowane techniki zarządzania energią i wyrafinowane rozwiązania obliczeniowe na krawędzi.
Nowe technologie sensorowe są gotowe do przekształcenia branż, umożliwienia nowych zastosowań i zmiany sposobu, w jaki wchodzimy w interakcje ze światem dookoła nas. Jako inżynierowie elektronicy i projektanci, mamy przywilej oraz odpowiedzialność wykorzystania tych technologii dla dobra wszystkich. Więc, zakasajmy rękawy i zabierajmy się do pracy. Rewolucja sensorowa jest tutaj i nadszedł czas, aby zrozumieć to wszystko.