Что такое тактильный датчик?

Что такое тактильный датчик?

Тактильный датчик — это датчик, который имитирует человеческое осязание.

Используемое чувствительное устройство — это датчик, который преобразует давление и вибрацию контактной поверхности в электрический сигнал, и ведутся различные технологические разработки, в том числе связанные с сенсорной технологией, чтобы имитировать функцию этого датчика для человеческого осязания. Кроме того, тактильные датчики интегрируются с несколькими частями информации, такими как температурная чувствительность, для оценки текстуры чувствительных объектов.

Осязание имеет важное значение для развития робототехнических технологий, поскольку оно играет важную роль не только в оценке свойств и текстуры объектов, но и в основных движениях человека, таких как захват объектов с соответствующей силой и письмо ручкой в ​​руке.

Применение приложений тактильных датчиков

Тактильные датчики используются в медицинской диагностике, робототехнике и промышленных приложениях.

Однако в последнее время также ожидается применение в игровом пространстве, представленном VR (виртуальной реальностью) и области метавселенной под общим названием хаптика, тактильная технология.

1. Медицинское применение тактильных датчиков

Возможность оценки твердости объекта позволяет обнаружить наличие «комков», возникающих из-за рака груди или простаты с высокой чувствительностью, способствуя раннему выявлению рака. Кроме того, оценивая шероховатость, вызванную шероховатостью поверхности, ее можно использовать для количественной оценки дерматита и ксероза.

2. Применение тактильных датчиков в робототехнике

В робототехнике разработка датчиков, имитирующих пальцы, предоставляет информацию для регулировки силы захвата в качестве датчиков для роботизированных рук.

3. Промышленное применение тактильных датчиков

В промышленности мониторинг текстуры продуктов может быть полезен для контроля качества. 

4. Тактильные ощущения для VR

В мире VR (виртуальной реальности) очки для 3D уже были коммерциализированы, и ведутся работы над приложениями для воспроизведения более реалистичного мира в VR путем прикрепления костюма или перчаток к VR и установки тактильных датчиков. 

Принцип работы тактильных датчиков

Тактильные датчики используют различные физические явления для преобразования силы контакта с объектом в электрическую величину и состоят в основном из преобразовательных устройств (датчиков: элементов). Эти электрические сигналы анализируются с помощью схем обработки сигналов и информации. В принципе, датчик может использовать различные методы обнаружения.

Например, один из методов заключается в обнаружении электростатической емкости, возникающей в результате изменений, вызванных приложением давления в пространстве, зажатом проводящим В зависимости от применения, пьезоэлектрические керамические элементы (PZT: цирконат-титанат свинца) обычно используются в качестве сенсорного элемента во многих случаях. Пьезоэлектрические керамические элементы, также называемые пьезоэлектрическими элементами, производят изменения напряжения при приложении давления. Это называется пьезоэлектрическим эффектом.

Расположение ионов в твердом кристалле пьезоэлектрического элемента изменяется при приложении давления, вызывая явление, называемое электрической поляризацией, при котором один конец кристалла заряжен положительным электричеством, а другой — отрицательным электричеством. Информация о давлении и частота вибрации преобразуются пьезоэлектрическим элементом в электрические сигналы, которые затем могут быть преобразованы в тактильную информацию с помощью аналоговых и цифровых схем обработки, состоящих из ASIC и других устройств.

Кроме того, в качестве оптического принципа контактное положение объекта на поверхности датчика может быть зафиксировано путем обнаружения изменений в рассеянном свете в оптическом волноводе внутри датчика.

Другая информация о тактильных датчиках

1. Рынок тактильных датчиков

Ожидается, что объем рынка тактильных датчиков достигнет 16 083,8 млн долларов США к 2025 году по сравнению с 8 204,9 млн долларов США в 2019 году.

Тактильные датчики являются одним из ключевых элементов, поддерживающих разработку роботов, которые могут работать с людьми. Например, робот под названием RoCycle, который разрабатывается в Массачусетском технологическом институте в США, имеет тактильный датчик, встроенный в его руку, который идентифицирует материалы, чтобы он мог распознавать и сортировать бумагу, пластик и металл.

В Технологическом университете Пхохан в Корее разрабатывается датчик отпечатков пальцев человека с использованием нанопружин, которые могут ощущать незначительное давление и вибрацию. Результаты разработки включают анализ машинного обучения информации, полученной от тактильного датчика, и успешную дифференциацию восьми типов волокон с точностью 99,8%. По мере повышения точности тактильных датчиков ожидается рост спроса на эти датчики, особенно в робототехнической отрасли.

2. Тактильный датчик MEMS

MEMS (микроэлектромеханические системы) — это устройство, в котором датчики, электронные схемы и т. д. интегрированы на подложке с использованием технологии микропроизводства.

В последние годы внимание привлекают сверхчувствительные тактильные датчики с использованием технологии MEMS.

3. Расширение в область тактильных ощущений

Помимо мира виртуальной реальности, тактильные ощущения расширяют свое применение в различных знакомых областях. Примерами служат кнопки «Домой» на экранах смартфонов, навигационные системы на приборных панелях электромобилей, стилусы для электронной аутентификации и клавиатуры ПК.

В этих областях критически важным с точки зрения тактильной технологии является то, насколько маленькими, легкими, тонкими и реалистичными могут быть реализованы тактильные датчики. Поэтому производители усердно работают над разработкой передовой технологии MEMS, технологии пьезоэлектрических устройств и прикладного программного обеспечения.