حسگرها (Sensors) خیلی قبل‌تر از اینترنت و حتی خیلی پیش‌تر از اینترنت اشیاء (Internet of Things – IoT) وجود داشته‌اند. روزگاری قناری‌ها در معادن زغال‌سنگ خطر را حس می‌کردند و جان خود را فدا می‌کردند. حالا پهپادها (Drones) در طوفان‌ها و ربات‌ها در رآکتورهای هسته‌ای این کار را انجام می‌دهند.
امسال در کنفرانس حسگرها در سان‌فرانسیسکو، متوجه شدم که بیشتر شرکت‌های حاضر دهه‌هاست روی فناوری حسگرها کار می‌کنند، حتی قبل از ظهور IoT. اتصال به ابر (Cloud) انگار زندگی جدیدی به حسگرها داده است.
از آنجا که حسگرها جزء ضروری برنامه‌های IoT هستند، بیایید نگاهی سریع به تکامل حسگرها در شکل‌ها و اندازه‌های مختلف و در صنایع گوناگون بیندازیم؛ از روزهای قناری‌ها تا عصر پهپادها.
دعوت از همه حسگرها (Calling All Sensors)
طبقه‌بندی حسگرها کار ساده‌ای نیست، چون راه‌های مختلفی برای دسته‌بندی آن‌ها وجود دارد، به‌ویژه حالا که خود مفهوم حسگر در حال تکامل است.
حسگرها پنجره‌هایی از دنیای دیجیتال به دنیای آنالوگ ما هستند—در واقع تبدیل‌کننده‌های آنالوگ به دیجیتال (Analog-to-Digital – A-to-D).
در اینجا چند دسته‌بندی غیرانحصاری از حسگرها را آورده‌ام تا نشان دهم چرا طبقه‌بندی سخت است:
- حسگرهای MEMS: این‌ها تقریباً پدربزرگ حسگرها هستند و بر پایه سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (Microelectromechanical Systems – MEMS) ساخته شده‌اند. این دسته‌بندی بر اساس کاربرد خاص نیست، بلکه بر اساس اندازه حسگر (در حد میکرومتر) و نحوه ساخت آن (سیلیکون، فلز و غیره) است. حسگرهایی مثل شتاب‌سنج (Accelerometers)، ژیروسکوپ (Gyroscopes)، میکروفون‌ها (Microphones) و بیشتر حسگرهای زیستی (Biosensors) از نوع MEMS هستند.
- حسگرهای NEMS: کوچک‌سازی به اندازه نانومتر با مواد جدید، سیستم‌های نانو‌الکترومکانیکی (Nano-electromechanical Systems – NEMS) را به وجود آورده که عملکردها و کاربردهای حسگری را بیشتر پیش می‌برند.
- حسگرهای زیستی (Bio Sensors): این‌ها پاسخ‌های زیستی را در سطح مولکولی حس می‌کنند. بسیاری از آن‌ها بر پایه MEMS (Bio-MEMS) هستند، ولی لزومی ندارد. مثال‌هایی مثل مانیتورهای گلوکز کاشتنی (Implanted Glucose Monitors) تا تشخیص‌دهنده‌های سلول سرطانی (Cancer-Cell Detectors). این‌ها می‌توانند از میکروب‌ها استفاده کنند، نور یا چگالی را حس کنند، غیرفعال باشند، مثل ساعت پوشیدنی باشند یا به‌عنوان استنت در بدن کاشته شوند.
- حسگرهای مبتنی بر محرک‌های محیطی (Environmental Stimuli Based): مثل حسگرهایی که با نور، صدا و تماس فیزیکی کار می‌کنند. حسگرهای نوری (Optical Sensors)، حسگرهای فعال‌شده با صدا (Voice-Activated Sensors)، حسگرهای فراصوت (Ultrasound Sensors)، حسگرهای حرکتی (Motion Sensors)، حسگرهای فشار (Pressure Sensors)، حسگرهای لرزش (Vibration Sensors) و حسگرهای جریان (Flow Sensors) همگی بر اساس این محرک‌های آنالوگ عمل می‌کنند.
- گوشی‌ها (Phones): گوشی هوشمند شما یک حسگر است. حرکات شما را ردیابی می‌کند، چهره یا اثر انگشت‌تان را برای امنیت شناسایی می‌کند. برنامه‌های جدید مثل حسگری غیرفعال با واقعیت افزوده (Augmented Reality – AR) برای حسگری سه‌بعدی محیط در راهند.
- حسگرهای دوربرد (Remote Sensors): ماهواره‌ها دهه‌هاست این نقش را ایفا می‌کنند. دسته‌ای از ماهواره‌های حسگری دوربرد (Remote-Sensing Satellites) کارهایی مثل نقشه‌برداری جغرافیایی و تحلیل آب‌وهوا انجام می‌دهند.
- پهپادها و ربات‌ها (Drones and Robots): معمولاً به پهپادها به‌عنوان حسگر فکر نمی‌کنیم، اما بیشتر کاربردهای آن‌ها برای بررسی هوایی است، مثل بررسی خسارت پس از طوفان هاروی توسط شرکت‌هایی مثل AT&T و دولت.
- انسان‌ها (Humans): وقتی به اپلیکیشن Waze می‌گوییم چاله‌ای در جاده است یا عکسی از اموال عمومی آسیب‌دیده به سازمان دولتی می‌فرستیم (مثل کاری که در هند و برزیل رایج است)، ما به‌عنوان حسگرهای کلان عمل می‌کنیم.
طبقه‌بندی انحصاری حسگرها بر اساس نحوه ساخت‌شان آسان نیست. حسگرها نیازمند تلفیق علم و فناوری هستند و به استعاره‌ای برای دیجیتالی‌سازی (Digitization) تبدیل شده‌اند.
حسگرهای خاص کاربرد (Application-specific Sensors)
مگر اینکه سازنده قطعات باشید، طبقه‌بندی‌های بالا برای انتخاب حسگر خیلی کمک نمی‌کنند. باید حسگرها را بر اساس نوع کاربرد، نیازهای عملکردی یا ویژگی‌های غیرعملکردی مثل طول عمر تجهیزاتی که حسگر به آن متصل است، انتخاب کنید.
گاهی به حسگرهای ترکیبی نیاز دارید که چند کار را در یکجا انجام دهند، مثل حسگر میکرو‌ناوبری از Inertial Sense که شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و GPS را ترکیب می‌کند. معمولاً دستگاه شما چندین حسگر در خود دارد.
مثال‌هایی از صنایع خاص:
- نفت و گاز (Oil & Gas): در تولید فرآیندی یا صنایع منابع مثل نفت و گاز، حسگرهای جریان (Flow Sensors) حرف اول را می‌زنند. حسگرهای با دقت بالا و پایین، جریان مایعات و گازها و شرایط محیطی را اندازه‌گیری می‌کنند.
- خودروسازی (Automotive): بعد از هواپیما، شاید خودرو بیشترین حسگر را داشته باشد و این تعداد برای پشتیبانی از رانندگی خودکار (Autonomous Driving) در حال افزایش است. حتی قبل از خودروهای خودران، همه‌چیز از سرعت تا لنت ترمز و سطح مایعات اندازه‌گیری می‌شد. خودمختاری نیازمند حسگری بیشتر برای V2V (Vehicle-to-Vehicle) و V2I (Vehicle-to-Infrastructure) با فناوری‌هایی مثل LiDAR است.
- دستگاه‌های مصرفی (Consumer Devices): گوشی هوشمند حدود ۱۵ حسگر دارد، بدون احتساب دوربین‌هایی که می‌توانند حسگر باشند. از مکان، نزدیکی، جهت‌گیری تا شرایط محیطی را اندازه‌گیری می‌کنند.
- مراقبت‌های بهداشتی (Healthcare): حسگرها اینجا از ردیاب‌های غیرتهاجمی و پوشیدنی‌ها تا حسگرهای درون‌جانداری (In Vivo) که آسیب قلبی یا سلول‌های جهش‌یافته را تشخیص می‌دهند، متنوع‌اند.
انتخاب حسگر مناسب برای یک کاربرد نیازمند دانش تخصصی صنعت است. نیاز به دقت اغلب هزینه‌ها را به‌صورت تصاعدی بالا می‌برد.
خلاصه (Summary)
حسگرها خیلی قبل‌تر از اینترنت وجود داشته‌اند، اما با اتصال به ابر (Cloud) قدرتی تازه یافته‌اند.
از اندازه‌های نانو تا میکرو و کلان، حسگرها چشم‌های مصنوعی هستند که هوش مصنوعی (Artificial Intelligence) ما را تغذیه می‌کنند. پیشرفت‌های علمی در حسگرهای نانو (Nano Sensors) و حسگرهای زیستی (Biosensors) مجموعه جدیدی از کاربردها را آزاد خواهد کرد که امروز فقط در داستان‌های علمی-تخیلی می‌بینیم.
برای رسیدن به پتانسیل کامل، به همگرایی فناوری بیشتری فراتر از ترکیب داده‌های بزرگ (Big Data) و الگوریتم‌ها نیاز است.
منبع: iotforall