مستشعر اللمس

المستشعر اللمسي هو جهاز يقيس المعلومات الناتجة عن التفاعل المادي مع البيئة المحيطة. تُصمم المستشعرات اللمسية عادةً على غرار حاسة اللمس الطبيعية ، القادرة على استشعار المؤثرات الناتجة عن التحفيز الميكانيكي، ودرجة الحرارة، والألم (مع أن استشعار الألم ليس شائعًا في المستشعرات اللمسية الاصطناعية). تُستخدم المستشعرات اللمسية في الروبوتات ، ومكونات الحاسوب ، وأنظمة الأمن . ومن تطبيقاتها الشائعة شاشات اللمس في الهواتف المحمولة وأجهزة الحاسوب .

قد تكون أجهزة الاستشعار اللمسية من أنواع مختلفة تشمل أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط ، وأجهزة الاستشعار الكهروضغطية ، وأجهزة الاستشعار البصرية، وأجهزة الاستشعار السعوية، وأجهزة الاستشعار المرنة المقاومة. ^{[ 3 ]}

تظهر أجهزة الاستشعار اللمسية في الحياة اليومية مثل أزرار المصاعد والمصابيح التي تخفت أو تضيء عن طريق لمس القاعدة.

يجب أن تتمتع المستشعرات التي تقيس التغيرات الطفيفة بحساسية عالية جدًا. ينبغي تصميم المستشعرات بحيث يكون تأثيرها ضئيلاً على ما يتم قياسه؛ وغالبًا ما يؤدي تصغير حجم المستشعر إلى تحسين هذه الحساسية، وقد يوفر مزايا أخرى. يمكن استخدام المستشعرات اللمسية لاختبار أداء جميع أنواع التطبيقات. على سبيل المثال، استُخدمت هذه المستشعرات في صناعة السيارات ( المكابح، والقوابض، وأختام الأبواب، والحشيات )، وتغليف البطاريات ، والوصلات الملولبة، وخلايا الوقود ، وغيرها.

يعتمد التصوير اللمسي ، كتقنية تصوير طبي، على مستشعرات اللمس لتحويل حاسة اللمس إلى صورة رقمية. ويحاكي هذا النوع من التصوير الفحص اليدوي بدقة، إذ يعمل مسبار الجهاز المزود بمصفوفة مستشعرات ضغط على غرار أصابع الإنسان أثناء الفحص السريري، حيث يُحدث تشوهات في الأنسجة الرخوة ويكشف التغيرات الناتجة في نمط الضغط.

تحتاج الروبوتات المصممة للتفاعل مع الأشياء التي تتطلب مناولة دقيقة، أو براعة يدوية ، أو التعامل مع أشياء غير مألوفة، إلى أجهزة حسية تُعادل وظيفيًا قدرة الإنسان على اللمس. وقد طُوّرت مستشعرات لمسية لاستخدامها مع الروبوتات. ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} تُكمّل هذه المستشعرات الأنظمة البصرية بتوفير معلومات إضافية عندما يبدأ الروبوت في الإمساك بجسم ما. في هذه المرحلة، لا تكفي الرؤية وحدها، إذ لا يمكن تحديد الخصائص الميكانيكية للجسم بالرؤية فقط. يتطلب تحديد الوزن، والملمس، والصلابة ، ومركز الكتلة ، والانحناء، ومعامل الاحتكاك ، والتوصيل الحراري ، التفاعل مع الجسم ونوعًا من الاستشعار اللمسي.

تُستخدم عدة فئات من أجهزة الاستشعار اللمسية في الروبوتات من مختلف الأنواع، لأداء مهام تشمل تجنب الاصطدام والتحكم في الأشياء. وتعتمد بعض طرق تحديد الموقع ورسم الخرائط في آن واحد على أجهزة الاستشعار اللمسية. ^{[ 7 ]}

تُعدّ مصفوفات مستشعرات الضغط شبكات كبيرة من وحدات اللمس. ووحدة اللمس هي عنصر لمسي. كل وحدة لمس قادرة على استشعار القوى العمودية. توفر المستشعرات القائمة على وحدات اللمس صورة عالية الدقة لسطح التلامس. إلى جانب الدقة المكانية وحساسية القوة، تُعدّ مسائل تكامل الأنظمة، مثل التوصيلات الكهربائية وتوجيه الإشارات، ذات أهمية بالغة. ^{[ 8 ]} تتوفر مصفوفات مستشعرات الضغط على شكل أغشية رقيقة . وتُستخدم بشكل أساسي كأدوات تحليلية في عمليات التصنيع والبحث والتطوير من قِبل المهندسين والفنيين، كما تمّ تكييفها للاستخدام في الروبوتات. تشمل أمثلة هذه المستشعرات المتاحة للمستهلكين مصفوفات مصنوعة من المطاط الموصل ، ^{[ 9 ]} وزركونات تيتانات الرصاص (PZT)، وبولي فينيليدين فلورايد (PVDF)، وPVDF-TrFE، ^{[ 10 ]} و FET ، ^{[ 11 ]} وعناصر الاستشعار السعوية المعدنية . ^{[ 12 ] [ 13 ]}

طُوِّرت أنواع عديدة من أجهزة الاستشعار اللمسية التي تستفيد من تقنية شبيهة بالكاميرا لتوفير بيانات عالية الدقة. ومن أبرز الأمثلة على ذلك تقنية Gelsight التي طُوِّرت لأول مرة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، والتي تستخدم كاميرا خلف طبقة هلامية معتمة لتحقيق استجابة لمسية عالية الدقة. ^{[ 14 ] [ 15 ]} أما مستشعر سامسونج "الرؤية من خلال الجلد" (STS) فيستخدم هلامًا شبه شفاف لإنتاج صور لمسية وبصرية مُدمجة. ^{[ 16 ]}

تُصنع وردات مقاييس الإجهاد من عدة مقاييس إجهاد ، حيث يقيس كل مقياس القوة في اتجاه معين. وعند دمج المعلومات من كل مقياس إجهاد، يُمكن تحديد نمط القوى أو العزوم. ^{[ 17 ]}

تم اقتراح مجموعة متنوعة من التصاميم المستوحاة من علم الأحياء، بدءًا من مستشعرات بسيطة تشبه الشعيرات تقيس نقطة واحدة فقط في كل مرة ^{[ 18 ]،} مرورًا بمستشعرات أكثر تطورًا تشبه أطراف الأصابع ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]،} وصولًا إلى مستشعرات تحاكي الجلد بالكامل كما في جهاز iCub الأحدث . غالبًا ما تتضمن المستشعرات اللمسية المستوحاة من علم الأحياء أكثر من استراتيجية استشعار واحدة. على سبيل المثال، قد ترصد هذه المستشعرات توزيع الضغوط ونمط القوى الناتجة عن مصفوفات مستشعرات الضغط وورود قياس الإجهاد، مما يسمح بالتمييز بين نقطتين واستشعار القوة، بقدرة تحاكي قدرة الإنسان.

تتضمن النسخ المتقدمة من أجهزة الاستشعار اللمسية المصممة بيولوجيًا خاصية استشعار الاهتزاز ، والتي ثبتت أهميتها في فهم التفاعلات بين جهاز الاستشعار اللمسي والأجسام عند انزلاق الجهاز عليها. ومن المعروف الآن أن هذه التفاعلات مهمة لاستخدام الإنسان للأدوات وتقييم ملمس الجسم، وحتى انحنائه. ^{[ 19 ] [ 6 ]} يجمع أحد هذه الأجهزة بين استشعار القوة، واستشعار الاهتزاز، واستشعار انتقال الحرارة. ^{[ 1 ]}

يُمكّن مستشعر اللمس المستوحى من علم الأحياء الروبوتات من ملاحظة محيطها بدقة تصل إلى 1.76 درجة، مما يتيح التنقل الأعمى والتعرف على الملمس. ^{[ 6 ]}

في الآونة الأخيرة، تم تطوير مستشعر لمسي متطور ليصبح جهازًا مفتوح المصدر ، مما يتيح للمتحمسين والهواة تجربة هذه التقنية التي كانت باهظة الثمن. ^{[ 22 ]} علاوة على ذلك، ومع ظهور الكاميرات البصرية الرخيصة، تم اقتراح مستشعرات جديدة يمكن تصنيعها بسهولة وبتكلفة منخفضة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. ^{[ 23 ]}

• التكنولوجيا اللمسية
• قائمة أجهزة الاستشعار
• القياس
• حساسية
• مستشعر اللمس
• محول الطاقة
• التصوير اللمسي

• الأتمتة والروبوتات
• أجهزة الاستشعار اللمسية/المقاومة ( مؤرشفة في 7 نوفمبر 2009 على موقع Wayback Machine)