Особенная область
Рынок сенсоров растет очень быстро, его объем переваливает за сотни миллиардов долларов. Быстрый рост обусловлен бурным развитием информационных технологий, ведь сенсор — это то устройство, которое стоит в основании пирамиды, на вершине которой находится суперкомпьютер. Сенсоры собирают данные о состоянии окружающей среды, работы коммунальных сетей — например, расходе воды и тепла, они применяются в видеокамерах, автомобилях, жилищно-коммунальном хозяйстве, военной и космической технике — перечислять можно бесконечно.
«Сенсорика область особенная. С одной стороны, дилетанты думают, что все просто: открываешь сайт любой организации, торгующей электронными компонентами, видишь у них датчики и сенсоры, которые представлены сотнями наименований. Казалось бы, что тут делать, ведь уже все придумано. Но это не так. Для многих вещей, более-менее новых и уникальных, всегда остаются лакуны, в которых нужны инновации», — отмечает заведующий кафедрой сенсорики.
По словам Геннадия Лукьянова, все начинается с интересов производителей сенсоров: им надо, чтобы выпуск был массовым и они могли заработать на продукте. Если где-то есть рынок, который они пока не заняли, они не переживают на этот счет, так как у них есть продукт, пользующийся спросом. Другой вариант — работа с датчиками, основанными на новом принципе. К ним относятся, например, созданные в Университете ИТМО датчики теплового потока, которые может производить любое предприятие электронной промышленности, в то время как действующие аналоги сейчас делают практически вручную и дорого. Массовое производство таких элементов очень выгодно: большой и растущий рынок энергосбережения, низкая себестоимость, хороший уровень индивидуального учета тепла от батарей в домах. Самое главное, что выпуск обязательно покроется спросом.
Глобальные вызовы для сенсорики
Актуальные проблемы, которые будут затронуты на конференции «Сенсорика-2016», — это глобальные вызовы, связанные с нестабильной обстановкой в мире. Сенсорика — это ведь еще и «умные носы» в аэропортах и общественных местах, улавливающие «запах» взрывчатых, наркотических и прочих опасных веществ.
«Мой коллега, профессор Зеегер из Зигенского Университета (Германия), который теперь в том числе профессор нашей кафедры, рассматривает и такие вопросы. Он занимается рамановской спектроскопией, которая обладает рядом уникальных свойств: при достаточно высоком быстродействии она позволяет сразу же анализировать состав газов в окружающей среде в процентном соотношении. Все это раскладывается по полочкам при времени измерения в 0,2 секунды. Обычная спектроскопия дает ответ на одну конкретную компоненту, поэтому нередко для масштабного анализа необходимо ставить сразу несколько приборов. Точность измерения может быть больше, но процесс протекает в десятки раз дольше», — добавил заведующий кафедрой сенсорики.
Если говорить об Университете ИТМО, специалисты вуза представляли на предыдущих конференциях оптические сенсоры, уже описанные выше измерители теплового потока и уникальный акселерометр, способный улавливать колебания на инфранизких частотах. Подобных акселерометру сенсоров, работающих в диапазоне тысячных и сотых долей герца, на рынке нет. Однако пока ученые не располагают аппаратурой, способной метрологически аттестовать показания. В будущем разработка может применяться для предсказания природных катаклизмов. В настоящее время сотрудники Университета ИТМО нашли инвестора для таких сенсоров, чтобы внедрить их в производство.
«Разрушению чего-либо всегда предшествуют колебания на очень низких частотах, и мониторить их необходимо. Это относится как к природным катастрофам, так и к разрушению зданий от времени и других факторов. Вот, например, есть дом, по которому пошла трещина, на него ставят маячок, а он все равно разваливается посреди ночи. Так вот, акселерометр сможет предупредить службы о потенциальной опасности, вмонтированные же маячки с этим не справятся. Более того, в массовом производстве они могут стоить около полутора тысяч рублей», — отметил Геннадий Лукьянов.
Сенсоры в медицине
Сам Геннадий Лукьянов уже выступал в Мюльхайме в апреле прошлого года на конференции по медицинской сенсорике, где были представлены датчики, позволяющие намного раньше предупредить человека о развивающейся болезни. Например, есть приборы по бесконтактному анализу крови — человек носит сенсор, который передает ему информацию на мобильный телефон.
«Как правило, в каждый сенсор вмонтирован микроконтроллер, который может анализировать информацию и в случае обнаружения каких-то нарушений рекомендовать показаться врачу», — добавил ученый.
И тут графен
По словам Геннадия Лукьянова, сейчас кафедра сенсорики также активно сотрудничает с профессором Александром Лебедевым, сотрудником международной лаборатории «Перспективные наноматериалы и оптоэлектронные устройства» ФТИ им. Иоффе, в сфере перспективных материалов для сенсоров. Хорошие результаты показывает графен, однако пока с его внедрением все обстоит не так просто. Оказывается, графен в силу своих структурных особенностей реагирует буквально на все и сразу, но ФТИ и Университет ИТМО работают над этой проблемой. Ученые хотят применять его в виде датчика, который дает представление о зависимости концентраций составляющих в газе от температуры. Это оптимизирует количество используемой для таких измерений аппаратуры. Несмотря на то, что работа находится в начальной стадии, ученые готовы представить разработку на конференции в Мюльхайме.
Второе перспективное направление — мультиферроики, материалы, обладающие чувствительностью и к магнитным и электрическим полям, и к инфракрасному излучению. Пока в ФТИ не сделали образцы с устойчивыми свойствами, которые были бы пригодны для испытаний в Университете ИТМО. Как уверен сам Геннадий Лукьянов, дело осталось за малым, и в течение года коллеги добьются успеха. Однако говорить на конференции об этом пока рано, заключил он.
