01.03.2024
Подписывайтесь на Telegram-канал по ссылке

Создано устройство, которое улучшит «обоняние» роботов

Resonance characteristics sensor

Сегодня широкое применение получили газоаналитические датчики, с помощью которых можно определять химический состав смеси. В частности, их используют в системах контроля технологических процессов и защиты окружающей среды. Учёные аэрокосмического факультета Пермского Политеха создали математическую электромеханическую модель сорбционного оптоволоконного датчика, который позволит эффективно «чувствовать» — определять наличие и содержание запахов в окружающей среде на протяжённых расстояниях. Разработка найдёт применение в системах «обоняния» человекоподобных роботов. Результаты исследования разработчики опубликовали в «Журнале радиоэлектроники».

«В качестве датчиков для газовых смесей чаще всего используют магнитные, термометрические, электрические, оптические и биосенсорные устройства. Мы предложили создать оптоволоконный пьезоэлектролюминесцентный датчик со специальным внешним слоем для избирательного «поглощения» анализируемых веществ из газовой смеси. Это позволит мониторить протяжённые пространства и измерять концентрации химических веществ на поверхностях длинномерных нефтегазовых объектов. Например, разработку можно применять для индикации возможных утечек на магистральных трубопроводах при доставке газообразных и жидких сред от места их добычи до потребителя», — рассказывает руководитель проекта, профессор кафедры механики композиционных материалов и конструкций Пермского Политеха, доктор физико-математических наук Андрей Паньков.

По словам учёных, информативный световой сигнал возникает в датчике за счёт механолюминесцентного эффекта — результата взаимодействия электролюминесцентного и пьезоэлектрического слоёв датчика в режиме контролируемых микровибраций в заданном диапазоне частот. Он несёт в себе важную информацию об изменении частоты колебаний при «поглощении» веществ.

Исследователи определили «спектр поглощения» — характеристику, которая отражает распределение вещества по длине датчика с помощью специального алгоритма. Его учёные измерили по интенсивности свечения оптоволокна. С помощью численного моделирования разработчики из Пермского Политеха выявили свойства датчика, рассчитали информативные изменения резонансных частот и форм колебаний с учётом «поглощения» веществ и увеличения плотности внешнего слоя устройства.

Разработку можно использовать в системах «очувствления» человекоподобных роботов, наделяя их «обонянием». Она также повысит точность измерения химического состава газовой смеси, в частности, при контроле технологических процессов. Технология позволит проводить дистанционный мониторинг окружающей среды и определять вредные вещества в воздухе на протяжённых участках. Это поможет диагностировать даже незначительные утечки газов и жидкостей из повреждённых трубопроводов.