КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ НЕЙРОМОРФНОГО МНОГОСЛОЙНОГО СЕНСОРА VDIS-2

CONCEPTUAL MODEL OF NEUROMORPHIC SENSOR VDIS-2

Ilya Sorokin

Student, information systems and programming,  Miass geologital exploration college,

Russia, Miass

Vitaly Dudarev

Scientific supervisor, teacher, Miass geologital exploration college,

Russia, Miass

АННОТАЦИЯ

Проблема создания новых типов сенсоров известна уже давно. Разработка в этой области обещает решить множество задач, начиная от создания датчиков касания для много направленных роботизированных систем и заканчивая разработкой нового поколения бионических протезов, способных восстановить не только тактильные ощущения у человека. Многослойная структура такого датчика, основанного на принципе игольчатого считывания, значительно расширяет его возможности и эффективность. В данной работе рассматривается основная концепция такого многослойного датчика.

ABSTRACT

The problem of creating new types of sensors has been known for a long time. Development in this field promises to solve many issues, ranging from creating touch sensors for multi-directional robotic systems to developing a new generation of bionic prosthetics capable of restoring not only tactile sensations in humans. The multi-layered structure of such a sensor, based on the principle of needle-based sensing, significantly expands its capabilities and efficiency. This paper examines the fundamental concept of such a multi-layered sensor.

Ключевые слова: сенсоры, новые типы сенсоров, многослойные сенсоры, игольчатый принцип считывания, роботизированные системы, бионические протезы, датчики касания, тактильные ощущения, разработка сенсоров, эффективность сенсоров.

Keywords: sensors, new types of sensors, multilayered sensors, needle-based reading principle, robotic systems, bionic prosthetics, touch sensors, tactile sensations, sensor development, sensor efficiency.

В робототехнике и создании протезов одной из ключевых проблем является отсутствие широкоплощадного датчика, способного точно регистрировать силу нажатия и определять его местоположение. Биологическая кожа, эволюционно развитая для ощущения боли и температуры, представляет два основных видовых спектра ощущений. Восприятие температуры можно анализировать с использованием теплопроводящих волокон и стандартных тепловых датчиков на значительном расстоянии. Однако, симулирование ощущения боли (прикосновения) является более сложной задачей.

В обычных условиях рецепторы боли, известные также как "ноцицепторы", находящиеся в наружном слое кожи, отвечают за передачу сигналов, которые позволяют человеку ощущать боль. Когда возникает воздействие внешних факторов, таких как тепло или механическое действие, эти рецепторы активизируются, создавая сигнал, который передается через спинной мозг в мозг человека. В данном контексте нас интересует именно механическое воздействие.

Концепция нового датчика VDIS-2 опирается на природу во многих аспектах, включая использование слоистой структуры. Основное различие от большинства других тактильных сенсоров заключается в его способности охватывать большие объемные области. В отличие от сенсорного экрана, этот датчик не ограничен двумерной плоскостью, что позволяет ему покрывать трехмерные объекты различных форм и углов, а также практически не ограничиваться размерами. Основной особенностью является его многослойное игольчатое строение (см. Рисунок 1).

Рисунок 1. Схема игольчатого сенсора

Концепция нового датчика VDIS-2, частично вдохновленная природой, включает в себя ряд инновационных элементов. Внешний слой обеспечивает защиту от внешних факторов, а упругий слой из резиноподобного материала способствует восстановлению иглы после прекращения давления. Это позволяет использовать датчик для разнообразных задач, где требуется не только точное тактильное восприятие, но и защита от повреждений.

Контактные слои формируют три состояния датчика: слабые, средние, сильные. Эти состояния в электронной схеме обрабатываются функциональными алгоритмами, для дальнейшей отработки действий технической системы.

Внешний слой датчика предназначен для установки защитных элементов, обеспечивая защиту от различных внешних воздействий. Его упругий слой, состоящий из материала, аналогичного резине, способствует восстановлению иглы после прекращения давления, создаваемого извне. Внутренний слой играет ключевую роль в структуре, обеспечивая форму датчика и служит как теоретическая опора для различных конструкций. Большим преимуществом является краткое представление информации. Кроме того, возможно использовать неограниченное количество слоев, что обеспечивает гибкость в дизайне.

В последние годы существует значительный рост спроса на новые технологические разработки в области интеллектуальных роботов и высокотехнологичных протезов с элементами тактильного взаимодействия, основанных на искусственном интеллекте. Этот рост предвещает огромный потенциал внедрения на рынок современных технологий, предназначенных для безопасного взаимодействия с людьми и решения различных задач.

Список литературы:

1. Хабр // Habr [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://habr.com/ru/articles/414945/ (дата обращения 15.11.2023)
2. Фоксфорд // Foxford [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: https://foxford.ru/wiki/biologiya/kozha-stroenie-i-funktsii (дата обращения 17.11.2023)