پیشگفتار:
انقلاب در تکنولوژی سنسور فقط در خانه ما را نمی‌زند، همین حالا وارد شده و در خانه حضور دارد! دستگاه‌های اینترنت اشیا (IoT) مانند خرگوش‌ها در حال تکثیر هستند، هوش مصنوعی (AI) لحظه‌به‌لحظه هوشمندتر می‌شود و فشار برای پایداری (Sustainability) رویکرد ما را نسبت به طراحی الکترونیکی تغییر می‌دهد. این نیروها برای ایجاد موج عظیمی از نوآوری در سنسورها همگرا می‌شوند.
روزهایی که سنسورها فقط دستگاه‌های ساده‌ای بودند، گذشته است. امروزه آنها چشم‌ها، گوش‌ها و سیستم عصبی ما هستند که به‌طور فزاینده‌ای به هم متصل می‌شوند. به‌عنوان یک مهندس یا طراح الکترونیک، شما در خط مقدم انقلاب تکنولوژی سنسور ایستاده‌اید که این انقلاب نوید تولید نسل بعدی نوآوری‌های الکترونیکی را می‌دهد.
حس کردن آینده؛ تکنولوژی سنسور
ما در دنیایی زندگی می‌کنیم که خودرو‌ها بهتر از انسان‌ها می‌بینند، ساعت شما می‌داند که در حال مریض شدن هستید پیش از آنکه مریض شوید، و کارخانه‌ها می‌توانند خرابی‌ها را پیش از وقوع پیش‌بینی کرده و از آن جلوگیری کنند. از وسایل نقلیه خودران گرفته تا مراقبت‌های بهداشتی شخصی، سنسورها به نوآوری در بخش‌های مختلف کمک می‌کنند. آگاهی به‌روز از تکنولوژی سنسور برای کسانی که به‌دنبال موفقیت در صنعت به‌سرعت در حال تغییر ما هستند ضروری است. با در نظر گرفتن این موضوع، بیایید نگاهی به 10 نوع سنسور (یا به‌عبارتی تکنولوژی سنسور) بیاندازیم که در سال 2025 تاثیرگذار خواهند بود. خون به پا خواهد شد؟
سنسورهای تصویربرداری تقویت‌شده با هوش مصنوعی: چشمانی که هرگز پلک نمی‌زنند
به یاد دارید زمانی که دوربین‌ها فقط عکس می‌گرفتند؟ آن روزها خیلی وقت است که رفته‌اند. سنسورهای تصویربرداری تقویت‌شده با هوش مصنوعی مانند چشم دادن به ماشین‌ها هستند، چشم‌هایی که هرگز پلک نمی‌زنند، هرگز خسته نمی‌شوند و می‌توانند چیزهایی را ببینند که انسان نمی‌تواند. این سنسورها تصویربرداری با وضوح بالا را با پردازش هوش مصنوعی روی تراشه ترکیب می‌کنند تا قابلیت‌هایی مانند تشخیص اشیا در لحظه و آنالیز چهره را فعال کنند. حتی ممکن است روزی (شاید به‌زودی) بتوانند احساسات را تشخیص دهند!
این تکنولوژی سنسور در طیف وسیعی از کاربردها، از وسایل نقلیه خودران که می‌توانند در محیط‌های پیچیده شهری حرکت کنند تا سیستم‌های امنیتی که می‌توانند تهدیدات بالقوه را در صورت بروز شناسایی کنند، می‌توانند استفاده شوند. به‌عنوان مثال، سنسورهای ISOCELL سامسونگ دارای وضوح بالا و پردازش تصویر پیشرفته برای ارائه کیفیت تصویر بالا و قابلیت‌هایی مانند تشخیص چهره هستند (معرفی این محصول در ویدیو زیر، برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
سنسورهای کوانتومی: ضیافت سنجش زیراتمی
اگر سنسورهای تصویربرداری تقویت‌شده با هوش مصنوعی مانند چشم دادن به ماشین‌ها می‌باشند، سنسورهای کوانتومی مانند دادن حس ششم به آنها هستند. این دستگاه‌های شوکه‌کننده از اصول عجیب مکانیک کوانتومی برای دستیابی به سطوح بی‌سابقه‌ای از حساسیت و دقت استفاده می‌کنند. این سنسورها آنقدر حساس هستند که می‌توانند یک فوتون را تشخیص‌دهند! یا تغییرات میدان مغناطیسی زمین را با دقت بالا اندازه‌گیری کنند.
سنسورهای کوانتومی تأثیر زیادی در زمینه‌هایی مانند نظارت بر تغییرات آب و هوا، ناوبری در محیط‌های محروم از GPS و تحقیقات علمی پیشرفته خواهند داشت. به‌عنوان نمونه در این بحث می‌توان از محصولاتی مانند سنسورهای کوانتومی شرکت Infleqtion (ColdQuanta سابق) نام برد. این پلتفرم از فناوری اتم سرد برای فعال کردن کاربردهای مختلف سنجش کوانتومی از جمله ساعت‌های اتمی بسیار دقیق و گرانش‌سنج‌های کوانتومی استفاده می‌کند (برای درک بهتر تکنولوژی سنسورهای کوانتومی به ویدیو زیر مراجعه نمایید؛ برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
سنسورهای نورومورفیک: آموزش ترفندهای جدید به سنسورهای قدیمی
سنسورهای نورومورفیک (Neuromorphic Sensors) مغزهای دنیای سنسور هستند. این سنسورها که برای تقلید از ساختار و عملکرد شبکه‌های عصبی بیولوژیکی طراحی شده‌اند، اطلاعات را به روش‌هایی شبیه به مغز انسان پردازش می‌کنند. نتیجه؟ حسگرهایی که می‌توانند یاد بگیرند، تطبیق یابند و در حین کار تصمیم بگیرند.
انتظار می‌رود که این تکنولوژی سنسور نقش فزاینده‌ای در سیستم‌های هوش مصنوعی پیشرفته ایفا کنند و به‌طور بالقوه پردازش داده‌های کارآمدتر و هوشمندانه‌تر را ممکن میسازند. اگرچه تراشه پردازشگر شبکه عصبی آکیدا محصول شرکت BrainChip کاملاً یک سنسور نیست، می‌تواند با سنسورهای مختلف ادغام شود تا پردازش نورومورفیک داده‌های سنسور را ممکن کند (ویدیوی معرفی این محصول در ادامه آورده شده است؛ برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
سنسورهای پیشرفته MEMS: غول‌های کوچک سنجش
سنسورهای سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (Micro-ElectroMechanical Systems: MEMS) مدتی است که وجود دارند، اما در آستانه ارتقای جدی هستند. در سال 2025، انتظار داریم سنسورهای MEMSای را ببینیم که کوچک‌تر، دقیق‌تر و قادر به اندازه‌گیری طیف وسیع‌تری از پدیده‌های فیزیکی هستند.
این غول‌های کوچک پایه‌ای برای دستگاه‌های IoT نسل بعدی خواهند بود، از شتاب‌سنج‌های بسیار حساس که می‌توانند کوچک‌ترین حرکات را تشخیص دهند تا طیف‌سنج‌های کوچکی که می‌توانند ترکیبات شیمیایی را تجزیه‌وتحلیل کنند. به‌عنوان مثال، BMI270 محصولی از بوش که یک IMU (دستگاه سنجش اینرسی) با عملکرد بالا است، شتاب‌سنج MEMS و ژیروسکوپ MEMS را در یک پکیج کوچک ترکیب می‌کند و آن را برای ابزارهای پوشیدنی و دستگاه‌های IoT ایده‌آل می‌کند (ویدیوی زیر یکی از کاربردهای BMI270 را در دستگاهی برای بازی‌های ویدیویی نشان می‌دهد؛ برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
سنسورهای گرافن: ماده شگفت انگیز باز می‌گردد
گرافن (Graphene) که گاهی ماده شگفت‌انگیز قرن بیست و یکم نامیده می‌شود، قرار است سروصدای زیادی در دنیای سنسورها ایجاد کند. سنسورهای مبتنی بر گرافن به لطف ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن چون قدرت، انعطاف‌پذیری و رسانایی باورنکردنی می‌توانند همه‌چیز را از مولکول‌های گاز گرفته تا بیومولکول‌ها را با حساسیت بی‌سابقه‌ای شناسایی کنند.
سنسورهای گرافن احتمالاً در کاربردهای مختلفی از علوم محیطی گرفته تا تشخیص پزشکی تأثیرگذار خواهند بود. Graphenea با سنسورهای ترانزیستور اثر میدانی گرافن (GFET) که حساسیت بالایی را برای کاربردهای سنجش گاز و حسگر زیستی ارائه می‌دهند، یکی از پیشروها در این زمینه است (ویدوی معرفی این محصول در ادامه؛ برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
سنسورهای زیست‌تجزیه‌پذیر: سنجش با وجدانی آرام
با افزایش فشار برای پایداری، سنسورهای زیست‌تجزیه‌پذیر (Biodegradation) توجه زیادی را به خود جلب می‌کنند. این سنسورهای سازگار با محیط زیست به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پس از عمر مفید خود به‌طور طبیعی خراب می‌شوند و ضایعات الکترونیکی و اثرات زیست محیطی را کاهش می‌دهند. در سال‌های آینده، ما شاهد استفاده از سنسورهای زیست‌تجزیه‌پذیر در کشاورزی، نظارت بر محیط زیست و ایمپلنت‌های پزشکی کوتاه مدت خواهیم بود.
گروه تحقیقاتی راجرز در دانشگاه نورث‌وسترن پیشرو در این عرصه است. تمرکز تیم تحقیقاتی بر روی توسعه transient electronics است که شامل سنسورهای زیست‌تجزیه‌پذیری می‌باشد که برای کاربردهای پزشکی طراحی شده‌اند. درحالی‌که هنوز محصول تجاری‌ای ارائه نکرده‌اند، اما سنسورهای زیست‌تجزیه‌پذیر این گروه در خط مقدم این حوزه نوظهور قرار دارند (برای درک بهتر این تکنولوژی سنسور به ویدیوی زیر مراجعه نمایید؛ برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
سنسورهای تراهرتز: دیدن نادیدنی
سنسورهای تراهرتز در باند فرکانسی‌ای بین امواج مایکروویو و نور مادون قرمز کار می‌کنند و این به آنها اجازه می‌دهد درون موادی را ببینند که این مواد نسبت به نور مرئی مات هستند. این سنسورها حوزه‌هایی مانند تست‌های غیرمخرب، غربالگری امنیتی (security screening) و تصویربرداری پزشکی را تغییر خواهند داد. حسگرهای تراهرتز قادر خواهند بود عیوب پنهان در مواد را تشخیص دهند، سلاح‌های پنهان را شناسایی کنند و حتی سرطان پوست را تشخیص دهند. مثل این است که سنسورهای خود را به "دید اشعه ایکس" مجهز کنید.
یک مثال دوربین‌های تصویربرداری تراهرتز شرکت TeraSense است که تصویربرداری‌ای با وضوح بالا را برای تست‌های غیرمخرب و برنامه‌های امنیتی ارائه می‌دهد (در ویدیوی زیر محصولات این شرکت به خوبی معرفی شده‌اند؛ برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
سنسورهای تصویربرداری فراطیفی: همه‌چیز ممکن است
اگر دوربین‌های معمولی دنیا را در سه رنگ می‌گیرند، سنسورهای تصویربرداری فراطیفی آن را به صدها رنگ می‌گیرند. این حسگرها می‌توانند نور را در رنج وسیعی از طیف الکترومغناطیسی شناسایی و تجزیه‌وتحلیل کنند و اطلاعاتی را که با چشم غیرمسلح نامرئی هستند، آشکار میسازند. ما در حال مشاهده این موضوع هستیم که چگونه حسگرهای فراطیفی بر صنایع، از کشاورزی گرفته تا کانی‌شناسی، تأثیر می‌گذارند. آنها به کشاورزان کمک می‌کنند تا تولید محصول را بهینه کنند، فرآیندهای بازیافت کارآمدتر را فعال کنند و حتی در جستجوی ذخایر معدنی جدید کمک می‌کنند.
به‌عنوان مثال، دوربین فراطیفی SWIR-384 شرکت HySpex دارای یک سنسور پیشرفته MCT (Mercury Cadmium Telluride) است که می‌تواند برای عملکرد بهتر خنک شود (Cooled sensors). این مدل برای تصویربرداری طیفی با کیفیت بالا برای کاربردهای سنجش از راه دور و بازرسی صنعتی مناسب می‌باشد (برای درک بهتر این تکنولوژی سنسور ویدیوی زیر را مشاهده کنید؛ برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
سنسورهای نرم و قابل‌کشش: انعطاف‌پذیری اکنون روی بورس است
سنسورهای سفت و سخت وجود دارند، به همان مدت زمانی که قرن بیستم وجود دارد! مانند ظهور کانکتورهای انعطاف‌پذیر، آینده متعلق به سنسورهای نرم و کششی است که می‌توانند با سطوح منحنی مطابقت داشته و در برابر تغییر شکل منعطف باشند. این اجزای انعطاف‌پذیر فرصت‌های جدیدی را در فناوری‌های پوشیدنی و رباتیک ایجاد می‌کنند. سنسورهای نرم در لباس‌ها ادغام می‌شوند و برای برنامه‌های نظارت بر سلامت مستقیماً روی پوست اعمال می‌گردند.
حسگرهای خازنی مبتنی بر پارچه شرکت StretchSense در این عرصه مورد توجه قرار گرفته‌اند. آنها را می‌توان در دستکش و لباس برای ضبط حرکت و کاربردهای پوشیدنی ادغام کرد (ویدیوی معرفی این محصول در ادامه آمده است؛ برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
سنسورهای مدار مجتمع فوتونیک: سنجش با سرعت نور
آخرین اما نه کم اهمیت‌ترین، سنسورهای مدار مجتمع فوتونیک (Photonic Integrated Circuit: PIC) می‌باشند که قرار است در سال‌های آینده بدرخشند. این سنسورها از نور به جای الکتریسیته برای تشخیص و اندازه‌گیری پدیده‌های مختلف استفاده می‌کنند و مزایایی در سرعت، حساسیت و بهره‌وری انرژی دارند. سنسورهای PIC در ارتباطات داده با سرعت بالا، سیستم‌های LiDAR برای وسایل نقلیه خودران و حتی محاسبات کوانتومی استفاده می‌شوند. این مانند ارتقاء سنسورهای خود از یک مودم شماره‌گیری به یک اتصال فیبر نوری است.
مدارهای مجتمع فوتونیک شرکت Infinera در حالی که یک سنسور نیستند، کاربردهای حسگری مختلفی را در ارتباطات نوری و سایر زمینه ها ممکن میسازند (برای درک مدارهای مجتمع فوتونیک به ویدیوی زیر مراجعه نمایید؛ برای مشاهده نیاز به ابزار تغییر IP دارید).
غلبه بر موانع؛ همه‌چیز بدون مشکل نیست
پیاده‌سازی این سنسورهای پیشرفته بدون چالش نیست. مسائل یکپارچه‌سازی، نگرانی‌های مصرف انرژی، و گلوگاه‌های پردازش داده‌ها، چند مانعی هستند که مهندسان باید برطرف کنند. کلید غلبه بر این چالش‌ها در طراحی سیستمی جامع، تکنیک‌های پیشرفته مدیریت توان و راه‌حل‌های پیچیده محاسباتی پیشرفته نهفته است.
پسگفتار
انقلاب سنسور اینجاست؛ آیا آماده هستید؟ گزینه‌های تازه در تکنولوژی سنسور برای تغییر صنایع، فعال کردن برنامه‌های کاربردی جدید و تغییر نحوه تعامل ما با دنیای اطراف آماده هستند. به‌عنوان مهندسان و طراحان الکترونیک، ما این امتیاز و مسئولیت را داریم که از این فناوری‌ها برای خیر و صلاح همگان استفاده کنیم. پس آستین‌ها را بالا بزنیم و دست به کار شویم. انقلاب سنسور اینجاست، و زمان آن رسیده که همه آن را درک کنیم.
در صورتی که پیشتر با موارد جدید در تکنولوژی سنسور (هرکدام از موارد بالا یا مواردی دیگر) آشنا بوده‌اید، نظرات خود را در پایین همین صفحه با ما در میان بگذارید.
ضمنا اگر به‌دنبال سنسور خاصی هستید (طبیعتا نه محصولاتی که تکنولوژی سنسور مورد نظر یکی از موارد بالا باشد! چون در بازار ایران موجود نیست) می‌توانید از محصولات ما در بخش سنسورها دیدن نمایید.
خیلی عالی بود.خسته نباشید.
ممنون از شما، سلامت باشید.