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记忆微机电系统。展望未来的世界

Anonim

当我们提到“速度”一词时,我们不能停止思考与车辆,飞机,摩托车等相关的所有事物。但是可以肯定的是,上述发明是其中之一。除了可以在数小时内进行交流以外,还使数十亿人的生活更加轻松的对象。由于有了这些发明,人们可以在地球的某一部分,而在地球另一侧只需几个小时。相距数千公里的人们之间从未进行过面对面的交流。

但是所有这些都起源于原型。像许多其他伟大的发明一样,发明总是起源于一个思想,后来又体现在某种物理事物中。在很多情况下,这是一个体现最初想法的原型。如发动机,扰流板,橡胶轮胎。所有这些人工制品都起源于一个想法,后来被付诸实践,并随着时间的流逝而完善。那么,我们是否应该仅仅因为它是新的并且尚未付诸实践而对它产生怀疑?

这个问题已经解决了全世界数以百万计的思想,宗教和理想主义问题,并已被诸如以下的理论所取代:机器人将有一天控制世界,合成器官的分解或比其极端的说法更为极端。前一个;输血是一个污染灵魂的过程,这就是为什么你应该下地狱。这些理论中的许多是由怀疑论者和悲观主义者提出的,该发明可以很好地改善人们的生活质量并将其延长几年。

今天,我们生活的速度和我们过着的生活质量要求我们在不同领域不断更新自我。其中之一就是汽车行业,该行业已经很好地帮助了数百万人在周末从家里搬到学校,工作或只是去餐馆。汽车在我们的生活中已经变得如此重要,以至于今天我们甚至无法想象没有一个多世纪以前出现的这项发明就能过着我们目前所引领的生活节奏。

但是,我们所知道的汽车的发明并不是一overnight而就的,事实上,即使是一百三十年前发明的汽车也与我们今天所知的相似。车辆行驶中的便利性和舒适性是最近增加的功能,安全带(如安全气囊)是最近在车辆中增加的发明。但是,我们的车辆具有当今所有的安全措施,例如abs制动器;其任务是防止轮胎由于突然制动,安全气囊以及缓冲行人侧倾的设计而失去对地面的附着力,但这并不是减少因交通事故而导致1300万人死亡的因素。而且这些事故中的很大一部分是由于驾驶员的疏忽造成的,例如在车轮上睡着,超速行进,醉酒或在手机上分散注意力等。这些事故的一些原因。

然而,科学提供了解决这种问题的解决方案,它使用了像螨虫这样的小型设备,简称MEMS。微机电系统是指可以完成不同任务的所有微米尺寸技术。其中一项任务是履行传感器的职责,这些传感器用于汽车行业,因为其有用性,它们可以作为自动管理的一部分,在这种情况下提供这种情况。驾驶员无需注意,传感器即可完成作业,并有助于大大降低每年世界上发生的事故率。

特斯拉(Tesla)或沃尔沃(Volvo)等一些公司已经预见到了这些需求,并且正在研究能够自动驾驶的更智能的车辆,以便驾驶员可以享受安静无压力的旅程。传感器除了在汽车工业中的这项任务外,在航天工业中也起着重要作用。由于它们用于捕获来自环境的不同刺激,例如,发送到火星的探测器具有某些传感器,可以捕获气流并将其记录在计算机中。我们可以将这种小型传感器用于多种用途,因为它可以用于当今市场上几乎所有的技术中。

然而,随着新技术的出现,人们开始怀疑该设备是否具有能够有效完成其任务并且在发生事故时不会失败的材料。像早期的许多其他技术一样,它们也具有某些缺陷,例如当时的计算机或更接近智能手机的技术。但是随着时间的流逝和更新,毫无疑问它将成为我们车辆默认配备的部件之一。如安全带和安全气囊。这些类型的设备的可靠性及其获利能力越来越明显,但是MEMS真的会成为汽车安全的未来吗?它们是否可以保证我们可以信赖这些设备的寿命?

我们希望,由于每天都在展示着巨大的技术进步,因此这些发明更加明显,并且可以保证我们今天所承诺的许多事情。希望这不会保留在一个好主意的原型中,并会得到巩固,因为毫无疑问,这种类型的发明是使已经确立的思想有所变化的发明之一。

的确,尽管这些技术已经合并,但它们无法达到建议的目标。这是由于以下事实:对于汽车等行业而言,今天的汽车正在从机械对象转移到电气对象,这是由于这些对象必须具有众多组件,而且还伴随着许多问题,例如减少车身重量。化石燃料储量;因此汽车必须迁移到其他类型的能量才能继续前进。此外,今天的智能道路通过向车辆提供有关前方道路天气状况和交通拥堵的信息,在传导性方面发挥着重要作用。

这使我们认为,除了我们著名的MEMS的发明和进步之外,它们还依赖于其他技术来进行适当的开发。在接下来的几页中,将讨论MEMS和一些术语,这些术语可以帮助读者评估本发明的重要性,以及该设备的发明如何不仅可以帮助拥有车辆的人群,而且可以人类。与其他类型的发明一样。

发明背后的科学

如前所述,MEMS是所有毫米或微米尺寸的移动或刚性设备,可以执行更大设备的任务,但由于其尺寸大,您可以将它们放置在许多系统中。这些示例之一是执行器。这些设备可以将机械能的类型转换为人类使用的电能,就像发电机在任何类型的工厂中使用的方式一样,包括地热,热电,核能,风能等等。

MEMS的另一种用途是传感器,它是业内最常用的一种。为了更好地理解将在本研究工作中给出的示例,我们必须知道什么是传感器及其取决于所用传感器的变体。传感器被定义为一种能够捕获物理量或化学量的设备,称为仪器变量,这些变量被转换为电脉冲,与其他物理现象不同,电脉冲更易于量化和操纵。出于研究和读者理解的目的,我们将根据所测量的物理变量的类型来讨论传感器的类型以及它们如何响应这些变量:机械传感器是指那些可能会受到影响的机械传感器,它们会在施加在该传感器上的物理量的作用下改变其行为,也就是说,在某些参数下,传感器的行为与静止状态不同。这些传感器主要用于测量某些变量,例如:位移,位置,张力,压力等。

除了上述机械传感器之外,还有一种由于其对所研究现象产生的响应类型而被更广泛使用的传感器是电传感器,与上述传感器不同,这种类型的传感器更容易量化和操作,因为它可以响应可以将电脉冲发送到计算机。电传感器捕获物理或化学幅度,也称为仪表变量,并能够将其转换为电气类型变量。该传感器的一些用途或它可以捕获的大小有:距离,加速度,力,运动等。

两种传感器均广泛用于汽车,航天,航空,健康和机器人等行业中脱颖而出的不同领域。由于其在创新这些行业以及将现有发明推向更高水平方面的巨大效用。在汽车工业中,MEMS已被用作传感器来促进驾驶员的驾驶,将这些传感器引入当今汽车的目的是试图确保驾驶者和驾驶员的安全。不在车内的那些车辆,例如:行人,动物,甚至其他车辆。

福特,大众汽车,通用汽车等公司已经在汽车工业中使用了很长时间的这种传感器。传感器用于创建有关车辆状况的报告,例如油位,故障检测等。但是沃尔沃,特斯拉和其他许多公司都使用MEMS传感器在更致命的情况下为驾驶员提供帮助,例如在驾驶员不注意的情况下帮助驾驶员刹车或避开物体。除了这些用途外,当今在自动驾驶汽车中非常流行的例子是自动驾驶汽车,即无需驾驶员驾驶的自动驾驶汽车。这种与以前相同的发明使用MEMS传感器,这项发明改变了驾驶者的范式,因为它彻底改变了人们的出行舒适性,因为这一次无需花费时间从一个地方开车到另一个地方,而是可以用来完成一个项目,在同事之间开会,吃饭或只是睡觉,以防旅途很漫长而乏味。

在航空工业中,几年来,传感器已被用来在每天飞行数百公里的商用飞机中获得更高的电导率,因为它们已经具备了自动驾驶甚至可以在天空中航行的能力,能够报告飞机外的气象状况等;该主题将在以后更深入地介绍,并且将更好地理解MEMS传感器的重要性。

由于MEMS传感器还用于获取太空中的一些重要因素,因此航天工业在此列表上并不落后,美国宇航局发送到太空中的某些探测器和载人航天器都使用这种技术能够收集信息并更全面地报告该星球上的不利条件;除了研究尚未经过充分研究的行星外,您还想知道条件,以便为可能的旅行做出适当的计划,以及为什么不将其安装在遥远的世界中。

不出所料,MEMS不能在与健康同样重要的领域中被抛弃,每天我们都听到关于发明一种治愈某些疾病的报告,这种疾病已经摧毁了人口的某些领域。一个人每天或每隔一定的时间必须接受的过多的治疗,而且似乎还不够,没有足够的充分记录表明患者患有困扰他的疾病。好在几年前的今天,医生需要患者到办公室进行常规检查,以确认情况是否正常,但是转诊以及漫长的排队使得这项任务非常复杂。 ,此外,由于转移的磨损,它们没有使患者受益,反而使事情变得更糟。

现在,新出现的新技术提供了一种解决方案,可以更快地获取这些记录,而无需生病的患者离开家。借助可能位于患者手表或其他设备上的传感器,他们可以获取心率,各天累积的压力以及医生为评估心律失常而需要考虑的其他类型的变量。某种疾病患者的病情发展,仅在由MEMS传感器组成的设备的帮助下评估诊断。

我们已经看到MEMS是一种已经用于执行不同任务的技术,但是为了更好地解决该问题并更好地理解其重要性,我们将依靠Minsky的代理来完成此任务。就是说,当今的许多发明并不是单个发明的结果。换句话说,汽车不仅是一个单一的组成部分,更是一个组成部分。得益于将许多其他设备组合在一起,汽车才能成为今天我们所知道的。这些基本任务之一是使驾驶员安全舒适地行驶,但是要实现这一点需要许多因素。

MEMS传感器是那些与计算机结合使用的代理,可以完成许多已审查的任务,传感器捕获物理现象并将电信号发送到能够对此现象做出响应的电机,而无需它们的配合。两个代理,今天执行的许多任务将无法实现;不仅是汽车,传感器还具有在许多通信和工业领域中运行的能力。它的用途是高度可变的。

汽车使用了很长时间的应用之一;它们是使用传感器来保证驾驶员在驾驶车辆时的安全;已使用的用途是从车辆收集信息的传感器,传感器将这些信息发送到计算机,并警告飞行员引擎和车辆其他部件的故障,此外还警告驾驶员可能存在的危险。这可能会遭受车辆可能遭受的机械故障的影响,并向驾驶员发送通知,告知一些正在运行不足且需要充电的零部件,例如机油和/或汽油。当今还不那么普遍的另一种用途,但可以预见的是,在未来几年内,它们可以成为车辆的基本组成部分,而所有汽车公司都将其纳入车辆的组成部分是使用行驶传感器。几个月前,沃尔沃在XC90中整合了一些功能,这些功能可能是当今汽车安全的未来。

沃尔沃品牌开始流行的一种产品是“沃尔沃城市安全系统”,它可以捕获汽车前方的物体,例如:车辆,汽车,骑自行车的人等。而且它的速度减慢到车辆认为它是危险的距离并刹车的程度,这项技术得到了发展,因为以前它只能捕获车辆的存在,直到添加了有助于捕获较小物体的组件。

除上述技术外,还有一项新技术,但重要的是要提及,车道维护助手是一种试图将车辆放置在车道线内以免发生事故的技术,但是该怎么做?万一不可能?沃尔沃很好地问了自己这个问题,并决定开发疲劳检测系统,该系统通过分析方向盘的反应和运动来识别疲劳的迹象,并警告驾驶员因驾驶情况而可能发生的灾难。在大多数情况下,车辆会通过收紧安全带来应对这种情况,以使座椅能够吸收撞击并节省驾驶员。

半自动驻车辅助装置是其自身的特征,并且越来越多地在车辆中实现,该辅助装置通过位于车辆后部和前部的传感器以及通过电缆与整个车辆相连的计算机来执行自动驻车辅助功能。停车所需的动作在当今非常流行,但是顾名思义,加速和制动必须由驾驶员控制,但是由于新组件的创新,自动停车每天都非常接近。

由于其识别能力,不仅在汽车中而且在其他领域中也使用的另一种传感器是射频识别器或RFID,它用作物体或动物的识别,在其大多数人习惯于知道物体在行星几乎任何部分的位置。此类技术用于:宠物在丢失时能够知道它们的位置,在运输重要负载的卡车中可以发现其被盗的位置。但是在最常使用的汽车中,钥匙上的RFID被用作车辆定位器和防盗系统,该系统基本上可以正常工作,以便将车辆锁定直到插入钥匙。

应当指出的是,在这些类型的示例中,Minsky的代理再次进入是因为传感器广泛地讲,并且在高度连接的社区(如今天发现的社区)中,MEMS传感器起着重要的作用,因为它们使我们能够成为一部分一个更全球化的网络,我们可以在其中收集有关位置和其他参数的信息,这些信息可以帮助我们超越特定设备并进行创新。

除了使用用于车钥匙的传感器来防止盗窃外,每年将数百万人运送到目的地的飞机过于昂贵,仅传感器占用了初始成本的35%。根据飞机上传感器的数量,可以有超过一千个传感器用于起飞,导航和降落,在飞机上使用的这些传感器的一些示例是转速表,它可以指示飞机的速度飞行中的扭矩传感器,其任务是量化旋转系统中的扭矩,高度计,马赫计,它们为我们提供了飞机的速度,但与第一个不同,此设备提供的速度是相对于空气;即相对速度向我们提供平面角度的转向指示器,位移指示器。除其他外,在驾驶飞机时同样重要。

但是说到把这个物体带到如此高的高度,超过从这里到月球的距离,这个物体很可能与我们的时代相去甚远,实际上并不是那样,事实上,探测器送到火星只是信息收集技术的先驱。在它们所具有的许多组件中发送的探针是一些传感器,用于测量大气压力,湿度,风向和强度以及环境温度和紫外线辐射水平;这是为了获得有关该星球上发生的环境条件的更多信息,并更好地计划将来的任务。

创新的需要

在接触了一些有关MEMS可以具有的各种用途的更深入的示例之后,我们意识到,在前面的示例中涉及的发明,这些传感器源于对一种能够使您量化设备的需求的需求。更好地理解和翻译信息所必需的信息。必要性是创新之源,而MEMS传感器就是一个明显的例子。正如Fyodor Dostoevsky所说:“真正的安全在于团结,而不是孤立的个人努力”,即使对于传感器这样的伟大发明,也需要合作,并且每个机构都可以为其提供所需的用途。因此,有时某些机构的技术发展可能会比其他机构更好,但最后,创新对每个人都有效,而不仅仅是为一个机构。

为了更好地理解上述观点,将对不同公司开发新兴技术的方式进行比较。

将使用当今在汽车界非常流行的两个品牌的两辆车,例如:VOLVO和AUDI。在生产汽车方面,两家公司都被公认为是最前卫的公司之一,但是有些发明有时却使它们领先于其他公司。正如几年前使用VOLVO的安全带所发生的那样,这使它成为汽车界最安全的公司之一。

在这种情况下,我们将比较两个在汽车界谈论过的最新车型,例如VOLVO的XC90和奥迪的Q7。伴侣; 与传感器及其直接应用有关的主题,以前曾对其中一些进行过审查,例如安全气囊和驾驶辅助。

使用负责测试车辆不同参数的机构之一(例如“ EuronCap”)收集的数据,该机构负责测试安全性和导电性,并且给出的评分等级为1到100。消费者在决定购买哪种汽车时可能具有某些参数。

验证的第一个参数是安全气囊,传感器起着非常重要的作用,因为它们负责捕获碰撞的物理现象并将信号发送到计算机,以便它可以更快地排出安全气囊。传感器捕获并发送信号到计算机,增加了驾驶员生存的机会。除了排出安全气囊外,还对安全带进行了压缩,以防止驾驶员因碰撞力而被甩出车辆。

在这两种情况下,XC90和Q7都对碰撞的刺激表现出良好的响应能力。两者的安全气囊和安全带压缩质量均超过93%,但是在这种情况下,VOLVO XC90具有一个优势,因为它不仅可以覆盖腰部,还可以提供安全气囊。低气压,可以帮助驾驶员保护大部分身体,这就是为什么XC90在这个区域内的Q7效率达到97%的原因,而Q7仅达到94%。

除了此项之外,前面还讨论了位于车辆后部和前部的传感器,以优化驾驶并在不利情况下帮助驾驶员。在这种情况下,两辆车都安装了与自动制动系统配合使用的传感器,或者针对城市和郊区的自动缩写为AEB的英文缩写,它们可以帮助车辆在捕获前方物体时制动。两者均以最大容量工作,并在低于50 km / h的时速下提供100%的效率,此外还为行人提供了70%的机会幸免于难,但XC90再次获得冠军除了拥有自动包围曝光他们有车道辅助系统,可以帮助疲惫的驾驶员留在车道上,而不会遇到任何事故。

对于先前显示的一些创新想法,沃尔沃是全球最安全的公司之一,因为它们一直在保护驾驶员,乘客和行人免受任何可能发生的事故的侵害。在大街上遭受苦难,但可以肯定的是,就像前段时间在安全带上发生的事情一样,今天它已被应用到地球上的每辆汽车中,前面几段中介绍的创新很可能会在中国的所有汽车中找到。一个不太遥远的未来。

创新的重要性

对这种技术的影响是如此之大,以至于当您不断寻求这种车辆的创新时,可以减少这种创新,就像上面提到的基于行为数据的自动制动系统AEB一样。可以观察到的实际情况表明,车祸最多可以减少38%,但是,回过头来看一下,由于驾驶时疏忽而导致的大量事故,成千上万起每天都会听到死于某种车祸的人的案件,而所有这些都越来越多地被发明在安全系统负责保护驾驶员的市场上的发明所减少。

仅在墨西哥,每年就有数千人死于道路交通事故。2014年(表1.1),全国共有4,089例,尽管自2010年以来死亡人数一直在减少,但仍然非常大今天发生的道路交通事故死亡人数,其中许多是可以避免的人为错误。

表1.1 2010年至2014年致命道路交通事故数

2010年至2014年致命道路交通事故数

除了发生致命后果的道路交通事故(其结果是驾驶员和参与事故的其他人死亡)之外,还有大量道路交通事故的结果可能不是事故的后果。这些人的死亡,但可以肯定的是,这些人以及城市中许多主要和次要道路的通行每天都受到小事故的影响。 2014年,共记录了79,832起非致命交通事故(图1.2),其中随着时间的流逝,事故数量很可能跟随下降趋势,但是,可以肯定的是,事故的数量非常大,总的来说,事故不是由机械故障引起的,而是由于对道路的疏忽引起的人为疏忽。

表1.2 2010年至2014年非致命道路交通事故数

2010年至2014年非致命道路交通事故数

如果考虑到以前介绍的大量零件,并且与AEB等附件的实现相比减少了38%,则由于实施了此类组件,事故的数量已大大减少,因此重要性汽车行业传感器的趋势正在成为一种趋势,几年后将看到许多今天不选择其所提供传感器成本的公司,但随着时间的推移,这些趋势将改变越来越多的公司将在其车辆中使用这种设备。

考虑到本次调查提出的考虑因素,并根据公开的事实和数据,我们可以意识到,在当今的许多领域中,非常重要的是,因为它们将我们与整个世界联系在一起。在短短几秒钟内,它们就不断更新,它们正以技术发展的速度移动,从而走在前列,并且每次通信都变得更加容易。传感器帮助我们打开了历史上从未曾打开过的新门,今天取得的进步可以使我们几年后看到的今天使用的设备转化为发明的可能性。它们与今天已知的任何事物都不相似。

几年后,我们将能够看到不再由人驾驶的车辆,而借助传感器和计算机的帮助,我们将能够看到人们只会是更加安全的车辆的乘员,因为它能够应对道路和道路建议的局限性,我们将能够看到由于当今的RFDI传感器正在收集信息,从而使它们能够通过电信的发展与世界进行更多的交流,因此,RFDI传感器可以基于收集到的信息来创新已经存在的技术,并将其转化为今天仍然未知的技术。这些的能力。在健康方面,在治疗致命疾病(例如结核病)时,能够更好地控制患者,结核病是其中一种疾病,对于能够康复和治愈至关重要,因此必须采取治疗措施。

参考文献:

  • MEMS和纳米技术交流。(2014)。MEMS是什么?2016年2月18日,来自MEMS和Nanotechnology Exchange网站:https://www.mems-exchange.org/MEMS/what-is.html数字知识研究院。(2012年10月24日)。谁发明了汽车?2016年2月18日,来自FundaciónCarlos Slim网站:http://www.academica.mx/comparte/qui%C3%A9n-invento-elautom%C3%B3vilNotimex。(2015年10月19日)。每年有多少人死于交通事故?2016年2月18日,来自El Economista网站:http://eleconomista.com.mx/internacional/2015/10/19/cuantas-personas-muerenano-accidentes-viales与计算机科学»» 不列颠百科全书。大不列颠学术。不列颠百科全书,2016年。网站。2016年3月2日。。 “信息系统。” 不列颠百科全书。大不列颠学术。不列颠百科全书,2016年。网站。2016年3月2日。“航空航天工业”。不列颠百科全书。大不列颠学术。不列颠百科全书,2016年。网站。2016年3月2日。“航空电子。” 不列颠百科全书。大不列颠学术。不列颠百科全书,2016年。网站。2016年3月2日。“航空航天工业”。不列颠百科全书。大不列颠学术。不列颠百科全书,2016年。网站。2016年3月2日。.INTA。 (2016)。空间辐射与影响处。 2016年3月20日,来自INTA网站:http://www.inta.es/radiacion/238/menu.aspxEuroncap。 (2015)。信息沃尔沃XC90。 2016年3月20日,来自Euroncap网站:ttp://www.euroncap.com/es/results/volvo/xc90/20976Euroncap。 (2015)。奥迪Q7。 2016年3月20日,来自Euroncap网站:http://www.euroncap.com/es/results/audi/q7/20974Euroncap。 (2013)。 2013自主紧急制动测试。 2016年3月20日,来自Euroncap网站:http://www.euroncap.com/es/seguridad-en-los-veh%C3%ADculos/campa%C3%B1asde-seguridad/2013-pruebas-de-frenado-de -紧急状态%C3%B3nomo / INEGI。 (2009-2013)。每年因道路交通事故死亡。 2016年3月20日,来自INEGI网站:http://www3.inegi.org.mx/sistemas/biinegi/?e=0&m=0&ind=6200029676INEGI。 (2009-2013)。非致命交通事故。 2016年3月20日,来自INEGI网站:http://www3.inegi.org.mx/sistemas/biinegi/?e=0&m=0&ind=6200001448VOLVO。 (2015)。 XC90。 2016年3月20日,来自VOLVO网站:http://www.volvocars.com/mx/autos/newmodels/nuevo-xc90Stephen Beeby。 (2004)。 MEMS机械传感器。伦敦:Artech House。
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