Книга: Интернет вещей: Будущее уже здесь

Разработка лучшего датчика

Разработка лучшего датчика

Датчики – это глаза, уши, нос и пальцы Интернета вещей. Именно они, по сути, являются той волшебной силой, что приводит Интернет вещей в действие. За последние 25 лет все более сложные и мелкие датчики, электронные устройства и средства нанотехнологий переопределили множество разнообразных потребительских и бизнес-систем. Например, исследователи из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии разработали крошечную «лабораторию на чипе», которая может выполнять разнообразные задачи, включая обнаружение токсичных газов, изготовление интегральных схем и анализ биологических молекул{26}.

Сегодня устройства могут отслеживать и измерять самые малые концентрации загрязнений или токсических веществ в атмосфере и воде. С помощью измерения вибрации они обнаруживают крайне незначительные изменения в сооружениях типа мостов и туннелей. Датчики позволяют автомобилям самостоятельно парковаться, а также определять, что другой автомобиль на дороге находится слишком близко. Датчики движения в системах видеонаблюдения и безопасности подают сигнал тревоги, если происходит значимое событие или изменение. Это позволяет человеку быстро проанализировать ситуацию и определить, существует ли проблема. Кроме того, такие датчики предоставляют свидетельства в случае ограбления или более серьезного преступления.

Конечно, в наши дни существуют тысячи разных типов датчиков, среди которых датчики света, звука, магнитного поля, движения, влаги, касания, гравитации, электричества, химических веществ и многого другого. В прошлом многие из них для определения условий окружающей среды использовали аналоговые и другие низкотехнологичные методы. Например, люди веками пользовались термометрами со стеклянными трубками с ртутью, измеряя расширение и сжатие жидкости в пределах калиброванного устройства. Точно так же в основе барометров, приборов для измерения влажности и прочих устройств лежали изменения давления и других показателей физической среды. Эти устройства были чрезвычайно полезны на плоской земле неподключенных аналоговых устройств.

Но цифровые технологии изменили эту формулу. Современная микроэлектроника измеряет гораздо больше и гораздо точнее, чем самые совершенные аналоговые и механические устройства прошлого. Она сочетает множество функций на одной микросхеме и, работая на обычном бинарном коде, передает и получает данные в реальном времени. Более того, если подключить множество сенсорных устройств или встроить их в оборудование (например, в роботизированные устройства), можно получить глубокое понимание взаимосвязей различных факторов и систем физического мира. Говоря проще, эта технология смело увлекает нас туда, куда еще не ступала нога человека.

Одна из самых интересных областей сенсорной технологии касается микроэлектромеханических систем, которые можно соединить в так называемые ячеистые сети или сети интеллектуальной пыли, а затем относительно легко внедрить их в разнообразные электронные компоненты и системы. Эти крошечные устройства с автономным питанием, часто размером меньше, чем 2 ? 2 мм (таков размер частички пыли, откуда и взялось название), могут быть оборудованы аналого-цифровыми преобразователями, которые позволяют более старым устройствам передавать данные в Интернет вещей. Кроме того, эти датчики, предназначенные для измерения всего, от освещения и давления до вибрации и магнитного поля, стоят теперь меньше $1 за штуку, что в десять раз дешевле, чем несколько лет назад. Это делает их достаточно экономичным средством для общего и широкого применения в таких разных сферах, как медицина и метеорология.

Однако чтобы дотянуть до уровня технологии Интернета вещей, современные датчики должны значительно продвинуться вперед. Например, исследователи разрабатывают электронные датчики, которые будут определять запах, вкус и выполнять другие сложные задачи. Это может произвести переворот во многих областях – от производства продуктов питания и ресторанного бизнеса до диагностики заболеваний на ранних стадиях. Это направление уже вышло далеко за пределы того, о чем пишут в научно-фантастических романах. В июле 2013 г. в научной статье{27} в Journal of Chromatography говорилось, что собаки по запаху распознают у человека меланому. Используя такие же биомаркеры, исследователи разработали нанодатчик, который позволяет «унюхать» раковую опухоль на ранних стадиях.

Помимо исследования, которое проводит Эдриан Дэвид Чиок в Лондонском городском университете – он разработал устройства, передающие касание, запах и вкус через Интернет, – появляются и другие продвинутые технические средства. Например, компания Adamant Technologies в Сан-Франциско разрабатывает миниатюрный процессор для оцифровки запаха и вкуса. Он может появиться в смартфонах будущего. Для различения ароматов и вкусов система использует около 2000 датчиков. Человеческий нос, для сравнения, использует примерно 400. Система будет определять, когда у человека неприятно пахнет изо рта или когда он слишком много выпил, чтобы садиться за руль. Та же технология сможет оценивать скорость метаболизма человека с помощью измерения параметров дыхания и, используя Интернет вещей, диагностировать туберкулез или меланому или предупреждать о приступе астмы.

Другие исследователи пытаются разобраться, как работают язык и мозг человека, чтобы создать электронные системы, имитирующие способность чувствовать вкус. Используя датчики и рецепторы, которые преобразовывают химические вещества – сахар, жиры, соду, уровень pH и другие вещества и свойства – в осязаемые структуры, они работают над тем, чтобы разобраться, что значит ощущать вкус для машин. В Техасском университете в Остине, например, исследователи разработали несколько датчиков, которые, по сути, служат электронными вкусовыми чипами{28}. Эти датчики различают пять вкусов: кислый, соленый, горький, сладкий и умами (последний обычно считается мерой притягательности или «вкусности»). Эта новая технология находит свое применение в таких сферах, как медицина, биология окружающей среды, химия, производство продуктов питания и напитков.

Оглавление книги