قراءة تطبيقات لأجهزة الاستشعار كثيرة. ولكن كيف يمكنك تشغيل أجهزة استشعار المحمول التي تكون أصغر من حجم البطاريات؟ يقول وولف إيكهارت بولست: "الطاقة موجودة في كل مكان". هل الشواء جاهز؟ كم عدد الخطوات التي أجريتها؟ أي الأبقار على المراعي؟ قام مخترع ميونيخ Wolf-Eckhart Bulst وفريقه بتطوير مستشعر صغير ينقل نتائج القياس عبر الراديو. الخدعة: لا يحتاج المستشعر إلى طاقة خارجية ، ولكنه يحتوي على مولد طاقة خاص به. تم ترشيح الباحثين لجائزة المستقبل للرئيس الاتحادي ، والتي ستمنح في 19 أكتوبر. على الرغم من أن السعر يجب أن يذهب في النهاية إلى فريق بحث آخر - إلا أن المستشعر عبارة عن اختراع لتحديد الاتجاه. مؤلفنا الدكتور يشرح هارالد زاون السبب. إذا جاء ضيف غير مدعو في المستقبل بفكرة فتح نافذة بدون حراسة على ما يبدو ، فعليه توقع مفاجأة: هو نفسه يمكنه استخدام حركات اليد لتحرير الطاقة الحركية التي تعطي الطاقة اللازمة لمستشعر "النوم" في النافذة. لتفعيل نظام الإنذار عبر الراديو. فشل اللص بسبب نوع غير عادي من أجهزة الاستشعار اللاسلكية التي تغادر المختبر على وشك بيعها: على عكس زملائها في أجهزة الاستشعار التقليدية ، فهي تعمل بشكل مستقل دون أي مصدر طاقة خارجي. يستمد الجهاز الطاقة اللازمة من الحدث نفسه.

عندما تحتاج أجهزة استشعار أخرى ، بغض النظر عما إذا كانت تتعرف على شيء ما أم لا ، إلى الطاقة باستمرار ، فإن الجهاز الجديد يحتفظ بنظام غذائي صارم. ولكن فقط حتى يحدث "حدث". ثم المستشعر بقوة إرسال ، وهو أقل بملايين المرات من مثيله للهاتف المحمول ، وهو يعمل: "يمكنك مقارنة المستشعر الجديد بـ Münchhausen ، الذي سحب نفسه على Schopfe الخاص به من المستنقع" ، كما يوضح رئيس المشروع Wolf Eckhart Bulst of the قسم التكنولوجيا في شركة سيمنز. إنشاء بولست ليس فقط خاليًا من الصيانة ، ولكنه أيضًا متنقل ومتعدد الاستخدامات. على الرغم من أنه يبدو أنه مقدر لالتقاط حالة الأبواب أو النوافذ أو الخزائن المفتوحة أو المغلقة ، إلا أن نطاق تطبيقه لا يقتصر على هندسة الأمان وحدها. يمكن اعتبار استخدامها أمرًا مرهقًا أينما كان من الصعب وضع كابلات توصيل أو تغيير البطاريات ، على سبيل المثال على الأجسام المتحركة والأشخاص والحيوانات أو المكونات الدوارة مثل إطارات السيارات.

Electronic Cowbell يقارن الفيزيائي Bulst مبدأ "Magic Sensor" الخاص به مع cowbell: يحول الجرس طاقة مضغ البقرة إلى صوت ، والتي يمكن للمزارع سماعها وتفسيرها. إذا كان يعيّن درجات مختلفة لأبقاره ، فيمكنه حتى التعرف عليها واحدًا تلو الآخر وتقدير مكان كل حيوان ومسافة بعده. عندما تتغير درجة الأجراس قليلاً مع درجة الحرارة أو هطول الأمطار ، يمكن للأذن المدربة الحصول على معلومات حول درجة الحرارة والرطوبة المحلية. "لا شيء آخر نفعله إلكترونيا. يقول بولست "إن جرسنا عبارة عن مستشعر عالي الدقة - يمكننا التمييز بين العديد من بلايين الأبقار". في قلب المستشعر المطوّر في Siemens توجد بلورات بيزو أو كهربي حراري. أنها تستجيب لحركات متشنج ، صدمة ، تأثير أو الضغط. يمكنك أيضًا العثور عليها في الأشياء اليومية ، مثل الولاعات: إن الجهد الكهربائي الذي ينشأ عندما يؤدي الضغط على بلورة كهرضغطية ، إلى توليد شرارة تشعل لهب الغاز الأفتح. إذا تم استبدال الكريستال كهرضغطية بواسطة كهربي حراري ، حتى التغيرات في درجات الحرارة الصغيرة تكفي لتوليد التيار الكهربائي. في كل مرة تتغير درجة الحرارة ، يولد المستشعر الجهد الذي يتم إرساله إلى فجوة شرارة - قطعة ضيقة من الأسلاك المكسورة. ينتج كل من هذه الأعطال الكهربائية إشارة عالية التردد يتم التقاط طاقتها وتغذيتها إلى المستشعر الفعلي.

يبهر المستشعر موجة الطاقة على كل من كود التعريف الخاص به ومعلومات القياس. تشع الإشارة المشكَّلة بذلك عبر هوائي ويتم جمعها بواسطة جهاز استقبال وتقييمها. العملية برمتها لا تستغرق سوى بضعة ملايين من الثانية. وبالتالي ، يسجل كل مستشعر تلقائيًا الكود الخاص به ، وبالتالي ينقل الحدث وأي بيانات قياس مطلوبة. حتى الآن ، حقق الباحثون من خلال هوائيات بسيطة تتراوح مساحتها 20 مترًا. ومع تحسن أجهزة الاستشعار والهوائيات ، يجب أن يكون مدى أكثر من 100 متر ممكنًا. مفاجآت المنافسة كان لدى بولست وفريقه ، الذي يتكون من حوالي عشرين فيزيائيًا ومهندسًا كهربائيًا وعالي التردد ، فكرة أجهزة استشعار راديوية مكتفية ذاتيًا في عام 1997. وفي الوقت نفسه ، فقد قدمت عدة طلبات براءات الاختراع. عرض

الوقت قصير ، المنافسة لا تنام. يبحث العلماء في جميع أنحاء العالم عن حلول في المناطق التي يعمل فيها بولست. هذا هو الحال أيضًا في معهد دريسبورغ للدوائر الإلكترونية والأنظمة الدقيقة (IMS) التابع لمعهد فراونهوفر. هناك ، يقوم المهندسون بتطوير أجهزة استشعار تستخلص طاقتهم من الخارج. ومع ذلك ، فهذه تسمى "المستجيبات السلبية" ، حيث تشع الطاقة من الخارج: تأتي الشريحة الخالية من البطارية في الحياة من خلال طاقة الإرسال. "فكرة الحصول على الطاقة من مكان ما ليست خارجة عن المألوف. على سبيل المثال ، نستخدم الحركة الدورانية للكرنك في المحركات ، "يوضح موظف IMS جيرد فون بوغل.

قبل عشر سنوات ، استخدم مهندسو فراونهوفر جهاز الإرسال والاستقبال السلبي لقياس درجة حرارة الماشية. للقيام بذلك ، قاموا بتخزين كل بقرة مع شريحة الاستشعار بدون بطارية وضعت وراء آذان الحيوانات. عندما يكون القارئ في مكان قريب ، تمتص وحدة المستشعر الطاقة من الحقل الكهرومغناطيسي المنبعث من القارئ: ثم قام الجهاز بقياس درجة الحرارة وأرسل البيانات مرة أخرى إلى القارئ. يقول بوغل: "ومع ذلك ، فإن فكرة استخدام الطاقة الحركية لافتة للنظر".

تعمل البروفيسور أنانثا تشاندراكاسان من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في بوسطن (الولايات المتحدة الأمريكية) وفريقه على المنتج الأمريكي المتنافس لجهاز استشعار مكتفٍ ذاتيًا: "على الرغم من أن ما يفعله المشروع الألماني ليس جديدًا تمامًا ، إلا أنه مثير جدًا للاهتمام. "ليس لدى يورج هنيكيه من Ifak Magdeburg ، وهو خبير في الاتصالات اللاسلكية ، أي جهاز مماثل يمكن أن ينافس مستشعر Bulst اللاسلكي:" للإرسال اللاسلكي عموما المشكلة هي: كيف يمكنني توصيل الطاقة إلى الجهاز؟ إذا كان من الممكن الحصول على الطاقة لاسلكيًا من مكان آخر ، فهذا أمر مبتكرة حقًا. لم يتحقق هذا حتى الآن. "لهذا كله ، لا يركز Wolf-Eckhardt Bulst على الجانب التجاري:" المبتكر ليس بالضرورة هو الإدراك ، ولكن أولاً وقبل كل شيء فكرة أن الطاقة ، متاح في كل مكان ، ويمكن أيضا استخدام بكفاءة. العالم من حولنا ينتج باستمرار الأحداث التي تولد الطاقة. بالنسبة للمستقبل ، أتمنى أن يظل الملايين من هذه المستشعرات ، مثل المشروبات الروحية ، مختبئين في بيئة الناس بأكملها ، وإذا لزم الأمر ، يقومون بعملهم الخاص ".

الدكتور هارالد السياج

العلوم

موصى به اختيار المحرر