Ihmisen kuulojärjestelmä mallina yksijohtimiselle anturiryhmälle16.01.2024
Jäljittelemällä ihmiskorvan kykyä erottaa äänet tonotopian avulla, tämä innovatiivinen anturijärjestelmä voisi optimoida anturiryhmien käytön esimerkiksi robotiikassa, ilmailussa, terveydenhuollossa ja teollisuuden koneissa. Perinteiset anturiryhmät kohtaavat haasteita, kuten monimutkainen johdotus, rajoitettu uudelleenkonfiguroitavuus ja heikko vauriokestävyys. Apulaisprofessori YANG Zhengbaon johtaman tiimin suunnitelma vastaa näihin haasteisiin määrittämällä jokaiselle anturiyksikölle yksilöllisen taajuuden ja käyttämällä anturiyksikön signaalia taajuussignaalin amplitudin moduloimiseen samalla tavalla kuin ihmisen simpukan karvasolujen käsittelemät erilliset taajuudet. Nämä eri taajuuksilla olevat amplitudimoduloidut signaalit superponoidaan sitten yhdelle johtimelle, ja Fast Fourier Transform -algoritmia käytetään lopuksi yksittäisten signaalien tulkitsemiseen. Kehitetty rakenne mahdollistaa lukuisien lähtöjohtimien vähentämisen tavanomaisesta rivi x sarake -asetuksesta yhdeksi johtimeksi toimivuudesta tinkimättä. Tämän innovatiivisen menetelmän avulla dekoodausjärjestelmä voi käsitellä informaatiota kaikista anturiyksiköistä samanaikaisesti, mikä on jyrkkä kontrasti olemassa olevalle aikajakoisen multipleksoinnin toteutukselle anturiryhmän dekoodaukseen. Menetelmä hyödyntää redundanssista tekniikkaa anturiliitäntäverkossa varmistaakseen jatkuvan toiminnan myös silloin, kun ryhmän yhteysverkon osat vaurioituvat. Tämä ominaisuus on saanut inspiraationsa useista synaptisista yhteyksistä sisäkorvan karvasolujen ja hermosolujen välillä, mikä tarjoaa varmistuksen, jos yksi reitti epäonnistuu. Lisäksi redundanttinen ratkaisu mahdollistaa myös paremman uudelleenkonfiguroitavuuden mikä on erityisen hyödyllinen nopeasti muuttuvissa ympäristöissä, kuten reagoivassa robotiikassa tai mukautuvissa puettavissa laitteissa. Lego-tyylinen modulaarinen rakenne voi myös johtaa kustannussäästöihin ylläpidossa, koska se on helpompi korjata kuin perinteiset monijohtimiset anturiryhmät. Monista eduistaan huolimatta tämä anturiryhmän suunnittelu kohtaa joitain rajoituksia. Anturiyksiköiden lukumäärää ryhmässä rajoittaa piirien toiminnallinen kaistanleveys, ja miniatyrisoinnin mahdollisuutta rajoittaa kullekin anturiyksikölle tarvittavien valmiiden elektronisten komponenttien koko. Tulevaisuudessa HKUST-tiimi pyrkii yksinkertaistamaan anturiryhmän suunnittelua entisestään ja etsimään kaupallisia kumppanuuksia tämän tekniikan tuomiseksi markkinoille. Aiheesta aiemmin: |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.