Dispositivos modernos equipados com sensores eliminam a necessidade de pressionar botões manualmente, operando de forma autônoma com base nas entradas dos sensores.
Os sensores são parte integrante de quase todos os dispositivos eletrônicos que auxiliam os humanos nas atividades diárias. Eles podem monitorar sinais vitais do corpo humano e detectar anomalias. Em automóveis, podem ajudar na condução autônoma, reconhecendo sinais de trânsito, detectando obstáculos e alertando sobre a saída da faixa. No futuro, os sensores permitirão interações simples com todos os dispositivos inteligentes. Este artigo fornece uma visão sobre as tendências emergentes e as aplicações futurísticas dos sensores em áreas como automotiva, saúde e robótica industrial, bem como seus avanços em termos de operações e segurança.
Percepção sensorial, como os sentidos naturais humanos
Os projetistas criam soluções de sensores para simplificar a interação humana com os dispositivos. Diferentes sensores são combinados com software de ponta para criar uma representação do mundo real. Ao fundir vários sensores inteligentes em um único sistema inteligente, as soluções de sensores permitem que as pessoas interajam com os dispositivos de forma fácil e intuitiva.
Ouvido/Microfone Inteligente
Os ouvidos humanos podem distinguir até 400.000 sons, dez oitavas e 7.000 tons. Microfones MEMS proporcionam “ouvidos inteligentes” para dispositivos controlados por áudio e voz. A nova geração de microfones apresenta um ruído próprio extremamente baixo (alta relação sinal-ruído, SNR), distorções muito baixas (THD), mesmo em altos níveis de pressão sonora (SPL), uma correspondência de fase e sensibilidade muito precisa entre os componentes, uma resposta de frequência plana com um baixo LFRO (low-frequency roll-off) e um atraso de grupo ultra baixo. Esses microfones têm modos de energia selecionáveis e são compactos.
Nariz/Sensores de CO2
Mais de 400 receptores discernem mais de 10.000 fragrâncias e odores. Os sensores de dióxido de carbono funcionam com a tecnologia de espectroscopia fotoacústica (PAS) para oferecer um dispositivo compacto e totalmente funcional, superando os desafios dos detectores de gás CO2 existentes. O módulo de sensor PAS de CO2 integra um transdutor PAS, um microcontrolador e um MOSFET na placa de circuito impresso (PCB).
Olhos (Sensores de Imagem ToF 3D/Sensores de Radar)
Os sensores de imagem de tempo de voo (ToF) permitem que os dispositivos eletrônicos adquiram um mapa 3D preciso da cena à frente do dispositivo. O ambiente, objetos e pessoas são transformados no espaço digital em tempo real. Algoritmos utilizam esses dados para medir distâncias e tamanhos, rastrear movimentos e converter as formas dos objetos em modelos 3D. Os projetistas criam produtos que se integram perfeitamente aos módulos de câmera 3D ToF mais compactos, medindo com precisão profundidades de curta e longa distância com um consumo de energia mínimo.
Os sensores de radar oferecem várias vantagens em relação à tecnologia infravermelha passiva (PIR) em aplicações de detecção de movimento. Essas vantagens incluem maior acurácia e medição precisa dos objetos detectados, abrindo caminho para novos recursos de detecção de velocidade e sensores de movimento. Eles podem operar em condições ambientais adversas, como chuva, neve, neblina, poeira, etc. Os modelos avançados são sensíveis o suficiente para capturar respiração e batimentos cardíacos, pois o radar pode perceber a presença de funções vitais.
Toque (Sensores de Toque)
Sensores de toque utilizam vários métodos, como filme resistivo, capacitivo, infravermelho, ultrassônico de onda superficial e indução eletromagnética. O painel de toque é a montagem de um dispositivo de entrada (painel de toque) e um dispositivo de saída (display). Descubra os sensores que a Farnell oferece, adaptados para atender a diferentes requisitos e especificações – Microfones, Sensores de Fluxo, Sensores de Imagem ToF 3D, Sensores de Radar e Sensores de Toque.
Sensores Automotivos para Mobilidade Confiável
Os fabricantes geralmente equipam os carros modernos com um conjunto de sensores. Esses sensores obtêm informações e mostram no painel, como pressão dos pneus, nível de combustível e temperatura do motor. Outros sensores mantêm a eficiência do veículo monitorando informações sobre a posição dos componentes do motor, a velocidade das rodas para controlar a tração ou sistemas de freios anti-bloqueio, e a temperatura do ar interno e externo para manter o interior confortável, entre muitos outros. Os fabricantes podem incorporar vários sensores em seus projetos de veículos para tornar os carros mais seguros, confiáveis, eficientes e confortáveis.
Os sensores de hoje também fornecem informações detalhadas. As tecnologias baseadas em visão, cada vez mais utilizadas para soluções de condução automatizada, exigem alta largura de banda e tempos de resposta rápidos para garantir segurança e capacidade de resposta. Os automóveis modernos incorporam várias novas tecnologias para uma mobilidade mais inteligente. Elas são:
LiDAR (Detecção e Medição de Distância por Luz)
Os scanners LiDAR são componentes críticos em sistemas de protótipos para veículos autônomos e sistemas atuais de controle de cruzeiro adaptativo (ACC), sistemas de prevenção de colisão, reconhecimento de sinais de trânsito, detecção de pontos cegos e alerta de saída de faixa. Os sistemas baseados em LiDAR podem funcionar sem seus sensores — eles são os “olhos” do sistema.
A tecnologia LiDAR requer sistemas de sensores independentes equipados com recursos de segurança e ambientais, como mostrado na Figura 2. Por exemplo, as unidades devem ser classificadas para suportar temperaturas operacionais de -40 a 125 °C (-40 a 257 °F) para compensar o calor de outros componentes do sistema e o ambiente externo. Os sensores devem possuir uma relação sinal-ruído ideal para detectar o sinal através de qualquer fundo barulhento. Como os detectores ópticos precisam lidar com diferentes níveis de luz ambiental, os sensores dentro desses detectores devem ter uma ampla faixa dinâmica. Para saber mais sobre a tecnologia LiDAR, clique aqui.
Categoria de Produtos: Sensores LiDAR
Sensores possibilitam navegação autônoma em aeronaves de decolagem e aterrissagem vertical elétrica (eVTOL)
As aeronaves eVTOL movidas a bateria são uma nova classe de aeronaves, como mostrado na Figura 3. Elas são uma combinação entre um veículo elétrico para passageiros e um drone de grandes dimensões com um interior semelhante a um automóvel de luxo. Especialistas em aviação esperam que os eVTOLs voem como helicópteros, com sistemas de controle equipados com sensores familiares para pilotos experientes. Sensores inerciais são necessários para monitorar o controle de voo do protótipo e as características de voo, como valores de inclinação, rotação e taxa angular. É possível usar sensores para medir o empuxo do propulsor, vibração, tensão e caracterização de carga.
Categoria de Produtos: Sensores Inerciais, Acelerômetros, Giroscópios.
Sensores para automação com robôs industriais e segurança humana
Aplicações robóticas necessitam de elementos de sensoriamento precisos e exatos para serem integrados ao equipamento e lidar com diversos desafios de forma eficaz. Por exemplo, os sistemas de sensoriamento devem identificar a presença de humanos em aplicações colaborativas, prevenindo possíveis colisões entre o robô e os trabalhadores próximos. As tecnologias de sensores sofisticadas são um requisito fundamental para alcançar isso. Sensores de torque medem o torque mecânico na junta rotacional de um robô colaborativo (cobot), detectam falhas ou condições de sobrecarga, e previnem lesões e possíveis falhas do cobot. Além disso, sensores podem ser usados em equipamentos como cortinas de luz, que param máquinas quando pessoas entram em áreas críticas, e sensores digitais de luz ambiente e proximidade (APDs) podem servir como olhos artificiais em scanners a laser. Os sensores também podem ser usados para monitorar o entorno de um robô para detecção de objetos, capacidade de carga e forças de apreensão que ajudam a garantir operação segura, confiável e eficiente no ambiente de trabalho. Os sensores de movimento infravermelho piroelétricos possuem um conceito de design único caracterizado por um pacote compacto, alta sensibilidade, circuito integrado, uma variedade diversa de lentes e tipos de baixo consumo de corrente disponíveis. Integrar mais sensores em robôs ajudará a aumentar o tempo de atividade e otimizar os cronogramas de manutenção. Para saber mais sobre sensores industriais, clique aqui.
Categoria de produtos: Sensores de torque, sensores digitais de luz ambiente e proximidade (APDs), sensores de movimento infravermelho piroelétricos.
Na automação industrial, sensores básicos monitoram a operação da máquina e outras tarefas rotineiras. Além disso, a manufatura moderna inclui sensores sofisticados (de posição e velocidade, ToF e RADAR, pressão, imagem CMOS e sensores de corrente ou microfones MEMS) para otimizar o processo de produção. As linhas de montagem em fábricas inteligentes podem detectar várias grandezas, como distância, tamanho, forma, composição e a superfície de um objeto a ser fabricado e rastrear com precisão seus movimentos. Apesar da vantagem dos recursos de sensores de baixo custo, há uma razão para não integrar uma variedade de sensores em robôs para monitorar sua vitalidade. Monitorar todos esses sensores juntos é desafiador. O aumento de temperatura, movimentos irregulares e maior consumo de energia podem indicar falha em rolamentos ou caixas de engrenagens. Os sensores permitem monitorar o consumo de energia elétrica e acionar medidas para tornar as fábricas mais eficientes energeticamente. Se o equipamento falhar eletricamente devido a um curto-circuito, ele aciona a interrupção do fornecimento de energia para evitar danos à fábrica.
Avanços na tecnologia de sensores de imagem automotivos
Os sistemas veiculares atuais alertam os motoristas em situações como desvio de faixa, detecção de objetos próximos ou carros em pontos cegos e a auxilia a manter velocidade e distância no modo de cruzeiro em rodovias. Os sensores de imagem automotivos possibilitam essas funcionalidades de segurança.
Muitos designs de sensores utilizam tecnologia de pixels de ganho duplo e operam em alta faixa dinâmica (HDR) para aprimorar os recursos dos Sistemas Avançados de Assistência ao Motorista (ADAS) em aplicações automotivas. Sensores de imagem modernos utilizam tecnologia de pixel dividido com base em sub-pixels grandes e pequenos para produzir imagens de Alta Faixa Dinâmica (HDR), onde a área do sensor dedicada a um único pixel é dividida em duas partes: um fotodiodo maior que cobre a maior parte da área e um fotodiodo menor que utiliza o restante. No entanto, pode diminuir a qualidade da imagem, maior ruído escuro, desempenho reduzido e outras desvantagens nos pixels divididos, especialmente em temperaturas mais altas.
Uma alternativa à abordagem de pixel dividido é a multi-exposição, onde espaço adicional é alocado aos pixels para acomodar possíveis transbordamentos de grandes sinais ou cargas. Este método é como usar um balde para pegar gotas de chuva, mas com uma bacia maior para segurar a água se o balde transbordar. O sinal do “balde” pode ser facilmente lido com alta precisão, alcançando excelente desempenho em baixa luminosidade, e a bacia de transbordamento contém tudo o que transbordou, estendendo a faixa dinâmica e a capacidade de capturar objetos e cenas brilhantes em cores reais. A Figura 6 compara as duas técnicas de exposição.
Categoria de produtos: Sensores de imagem.
Conclusão
Os sensores estão prontos para revolucionar as unidades de medição, fornecendo-lhes a inteligência para auto-monitoramento, transmitindo diagnósticos de status para o sistema operacional e criando uma rede confiável de dados de medição e calibração. A manutenção preditiva de máquinas e dispositivos se tornará cada vez mais eficiente, acessível e econômica, melhorando o tempo de atividade. No futuro, a manutenção dependerá de sensores em vez de ser realizada por recursos humanos seguindo um cronograma baseado em necessidades. Haverá navegação autônoma de veículos aéreos, e a conectividade será sem fio em longas distâncias com um fornecimento de energia integrado. Os sensores irão aprender por conta própria ao longo de toda a vida útil sem necessidade de manutenção, modificações ou calibração. Eles também fornecerão melhores insights sobre o comportamento humano, moldando expectativas em relação à qualidade do ar, viagens, manutenção de automóveis, estilo de vida, seguros, consumo de energia, etc. Novos sistemas liDAR equiparão veículos autônomos com uma verdadeira “visão”.
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* Texto originalmente publicado no link, adaptado pela Equipe Embarcados.
