Интегральная оптоэлектроника и цифровые микросхемы со скоростями передачи данных в 40 раз выше нынешних, датчики и сенсоры для «интернета всего» и беспилотных автомобилей, телемедицины и даже для повышения качества молока у коров — всё это направления работы нового Центра НТИ «Сенсорика», который открывается в МИЭТе. О его будущих проектах журналистам ТАСС и «Известий» рассказали в Зеленограде.
Сенсорика — широкая научная область, которая занимается датчиками. Самыми разными: контролирующими все виды воздействий на среду или конкретные объекты, химические, механические, акустические изменения и малейшие скачки в радиочастотных диапазонах. Всевозможные датчики лежат в основе устройств интернета вещей, которые обмениваются данными. А уже в ближайшее десятилетие появятся системы, способные на основании этих данных самостоятельно принимать решения.
«Мировые дорожные карты в сфере электроники говорят нам, что интернет вещей — это сегодняшний день, а завтрашний день — это уже „интернет всего“ (the internet of everything). Это реальное будущее, которое потребует триллионы сенсоров» , — рассказал ТАСС директор Центра компетенций НТИ «Сенсорика» Сергей Гаврилов.
Один из будущих проектов центра — создание мультисенсорной платформы для беспилотного автомобиля, совместный проект с холдингом «Камаз». Множество датчиков, разработанных учеными, станут «органами чувств» машины, позволяющими ей собирать информацию о внешней среде и работе собственной системы и корректировать процессы выполнения задач, поставленных человеком.
Производить первые партии устройств собираются, в частности, на Калужском заводе электронных изделий «Автоэлектроника». «Потенциал в этих разработках есть, весь мир этим занимается. Если мы не будем создавать систему „умного“ автомобиля, то Россия будет вынуждена закупать импортные образцы. В нашей стране для развития этого направления есть и головы, и производство можно наладить в России» , — цитирует ТАСС главного конструктора «Автоэлектроники» Бориса Кривца.
Развитие интегральной оптоэлектроники, — технологий передачи информации по оптическим каналам внутри микросхем, которые придут на смену медной металлизации в чипах, — откроет новую эпоху сверхскоростной передачи данных. «В цифровых микросхемах скорость передачи данных возрастет до 40-60 раз, — рассказал ТАСС генеральный директор Зеленоградского наноцентра Анатолий Ковалев. — К такой революции мы тоже готовимся, это одно из направлений работы Центра НТИ „Сенсорика“».
Зеленоградский наноцентр — один из ближайших партнёров МИЭТа, который будет курировать в Центре НТИ «Сенсорика» технологии производства электронной компонентной базы для сенсорных систем.
Применение элементной базы на основе оптоэлектроники — это мобильные сети связи 5G и в целом все информационно- телекоммуникационные технологии, увеличение быстродействия и энергоэффективности суперкомпьютеров и дата-центров. А также космическое приборостроение, в котором важен вес оборудования. Спутники и пилотируемые аппараты имеют ограниченную грузоподъемность, а переход на оптоэлектронику существенно улучшит весовые и габаритные значения микросхем и соответствующей аппаратуры. «Наши разработки в этой сфере тоже будут востребованы» , — считает Анатолий Ковалев.
В самом ближайшем будущем сенсорными станут аппараты гемодиализа, которые можно будет носить с собой в виде рюкзака, по словам Сергея Геврилова. Носимую «искусственную почку» для больных с хронической почечной недостаточностью уже разработали в Институте биомедицинских технологий МИЭТа, экспериментальный образец испытан на животных. Теперь его нужно сделать миниатюрным и интеллектуальным, действительно сравнимым с искусственными органами.
Телемедицина — еще одна перспективная область применения сенсоров: получение информации о состоянии здоровья пациента с использованием датчиков и беспроводных сетей. «Пациент сможет из дома высылать врачу данные о температуре, уровне сахара, давлении и состоянии сосудов. При этом кислотность желудка можно будет самостоятельно измерить инвазивным путем — с помощью датчика-пилюли и пары глотков воды» , — сообщает ТАСС.
Созданием миниатюрных сенсоров уже занимаются в МИЭТе совместно с Первым Московским государственным медицинским университетом имени И. М. Сеченова — почти год назад был создан совместный центр бионических систем. «Наши ученые совместно с медиками пытаются найти незанятые ниши в создании различных имплантируемых устройств, нацеленных на человека», — говорит Сергей Гаврилов.
«С помощью нового прибора, создаваемого российскими учеными и инженерами, животноводы смогут определять качество коровьего молока задолго до дойки, узнавать на расстоянии о болезнях животного, а также его готовности к осеменению» , — пишут «Известия» об еще одном проекте Центра НТИ «Сенсорика», который реализуется в партнёрстве с Федеральным научным агроинженерным центром ВИМ.
Небольшой беспроводной сенсор-капсула (длиной около 10 см и весом примерно 200 г), помещенный в желудок коровы, передаёт по беспроводной связи (Wi-Fi или GSM) информацию об уровне pH и реакции на потребляемый комбикорм, а также о плотности кормления, потреблении воды, периоде фертильности и других показателях. Внутри капсулы — электрический термометр, датчик кислотности и акселерометр, работающие в течение всей коровьей жизни (2-3 года). К этим приборам собираются добавить еще и GPS-приемник, который будет выполнять роль встроенного в корову колокольчика.
Фермеры считают, что с помощью прибора можно будет значительно улучшить качество производимого молока — управлять его химическим составом, в том числе жирностью, корректируя состав кормов. А также вовремя бороться с болезнями животных, добавляя в корм лекарства, и тем самым повысить удои и сделать молоко дешевле. Или следить за готовностью коровы к осеменению, которую до сих пор определяли на глаз, по её поведению. Период фертильности (способности к спариванию) длится всего несколько часов, следующий шанс произвести на свет теленка наступит только примерно через месяц, в течение которого корова почти не будет давать молока. Теперь можно будет получить сигнал по каждой конкретной корове в нужный момент, когда акселерометр зафиксирует её повышенную двигательную активность.
В Институте микроприборов и систем управления МИЭТ готовы разработать программные алгоритмы для сбора и анализа всех данных с таких датчиков, применяя для этого современные методы Big Data. По словам замдиректора института Константина Лялина, зарубежные сенсоры подобного класса имеют очень высокую стоимость, а используемые в них технологии пока далеки от готовых промышленных решений. Так что эта разработка может совершить инновационный прорыв в молочном животноводствеодной из самых консервативных отраслей сельского хозяйства, резюмируют «Известия».