Не считая технологий записи и считывания информации, в ближайшие 15-20 лет применять сверхчувствительные сенсоры, работающие на магниторезистивном принципе, будут в большом количестве инновационных областей: биомедицине, гибкой электронике, датчиках положений, системах взаимодействие человека с компьютером, в разных видах мониторинга, навигации и автономном транспорте.
Учёные ДВФУ в сотрудничестве с международной группой экспертов определили пять наиболее перспективных сфер для магниторезистивных датчиков (сенсоров). Исследователи наметили дорожные карты для развития индустрии сенсоров на ближайшие 15-20 лет и обрисовали наиболее вероятные пути коммерциализации научных разработок в этой сфере.
Свои выводы учёные сделали, проанализировав патенты, выданные за последние 60 лет, и профильные научные публикации, принимая во внимание современное положение дел и быстрый прогресс в отрасли магниторезистивных технологий.
«Магниторезистивные датчики обладают высокой чувствительностью, низкой стоимостью, низким потреблением энергии и компактными размерами. Их свойства могут разниться в зависимости от сферы применения. Отрасль быстро развивается, чувствительность датчиков постоянно растёт, путь от научных изысканий до их воплощения в реальные технологии занимает мало времени. Мы считаем, что такие датчики можно применять очень широко. Например, в биомедицине благодаря сверхчувствительным сенсорам, воспринимающим сигналы от магнитно-маркированных органов человеческого тела и ДНК-молекул, будет возможно точно определить потенциальные генетические заболевания и подобрать лечение. Такие системы могут появиться примерно к 2030 году». – Рассказал доцент кафедры компьютерных систем Школы естественных наук ДВФУ Александр Самардак.
Гибкие гаджеты и взаимодействие компьюетов с человеком
Использовать магниторезистивные технологии можно в гибких портативных электронных гаджетах – смартфонах и других. Такие устройства способны выдерживать большое количество циклов сгибания/разгибания и растяжения без потери свойств чувствительности.
Гибкие устройства могут ожидать пользователей в 2023 – 2025 году, а супергибкие — ближе к 2030 году. Примерно к этому времени должны появиться высокочувствительные износостойкие сенсоры, способные регистрировать быстротекущие процессы. Они будут не затратны в производстве, т.к. вместо кремниевой подложки их можно будет печатать на бумаге и текстиле.
Что касается систем взаимодействия человека с компьютером, то кресло-коляску, работающее на системе сенсоров и управляемое движением головы, сделали ещё в 2003 году.
«Сегодня движения разных частей человеческого тела могут быть эффективно захвачены, обработаны и записаны с помощью магниторезистивных и инерционных датчиков. Такая информация с высокой вероятностью скоро пригодится в разработке AR и VR-систем и приложений», — говорит профессор кафедры компьютерных систем Школы естественных наук ДВФУ Алексей Огнев.
Одна из лабораторий по разработке таких систем действует в ДВФУ на базе Центра НТИ по виртуальной и дополненной реальности.
Устройства AR/VR, оснащённые датчиками высокой чувствительности, могут появиться в ближайшие годы. Повсеместно используемые джойстики управления будут заменены на носимые человеком контроллеры. Сенсоры, интегрированные в биомеханические протезы, повысят точность их движений.
Транспорт будущего и smart space
Примерно к 2032 году смогут полноценно и безопасно заработать автономные транспортные системы, управление которыми будет осуществляться без участия человека.
Александр Самардак отметил, что сети из магнитных сенсоров используют для умных домов, умной медицины, в том числе для психологической помощи и помощи инвалидам, а также в умном транспорте принципиально иного уровня.
Вся жизнь человека будет буквально пронизана сенсорными системами. Огромное количество считываемых данных будет храниться в «облаке» и станет доступно человеку дистанционно прямо со смартфона или других персональных гаджетов. Потребность в стабильных, надёжных и дешёвых в производстве умных сенсорах со временем будет только возрастать.
Учёные отмечают, что ближайшими конкурентами магниторезистивных датчиков на рынке являются датчики, работающие на эффекте Холла.
В аналитической работе приняли участие исследователи из России, Китая, Тайваня, Южной Кореи, Сингапура, Чехии, Португалии, Великобритании и США.
#
В ДВФУ действует приоритетный проект «Материалы» и Центр НТИ по направлению виртуальной и дополненной реальности (грант от 16 октября 2018 г. № 1/1251/2018), в рамках которых, в том числе, активно занимаются изучением магниторезистивных сенсорных систем и свойств магнитных материалов.
Научная статья: https://ieeexplore.ieee.org/document/8660658