مطلب از  کیوان جامه بزرگ

منبع: nurc.ir

حسگر یک وسیله الکتریکی است که تغییرات فیزیکی یا شیمیایی را اندازه‌‌گیری می‌کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌نماید.

حسگرها در واقع ابزار ارتباط ربات با دنیای خارج و کسب اطلاعات محیطی و نیز داخلی می باشند. انتخاب درست حسگرها تأثیر بسیار زیادی در میزان کارایی ربات دارد. بسته به نوع اطلاعاتی که ربات نیاز دارد از حسگرهای مختلفی می توان استفاده نمود:

–        فاصله

–         رنگ

–         نور

–         صدا

–        حرکت و لرزش

–         دما

–         دود

–         و...

اما چرا از حسگرها استفاده می کنیم ؟ همانطور که در ابتدای این گفتار اشاره شد حسگرها اطلاعات مورد نیاز ربات را در اختیار آن قرار می دهند و کمیتهای فیزیکی یا شیمیایی موردنظر را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می کنند.مزایای سیگنالهای الکتریکی را می توان بصورت زیر دسته بندی کرد:

            –        پردازش راحتتر و ارزانتر

            –         انتقال آسان

            –         دقت بالا

            –         سرعت بالا

            –         و...

حسگرهای مورد استفاده در رباتیک:

در یک دسته بندی کلی حسگرهای مورد استفاده در رباتها را می توان در یک دسته خلاصه کرد:

  –     حسگرهای تماسی ( Contact ) 

مهمترین کاربردهای این حسگرها به این شرح می باشد: 

                   –      آشکارسازی تماس دو جسم

 –      اندازه‌گیری نیروها و گشتاورهایی که حین حرکت ربات بین اجزای مختلف آن ایجاد می‌شود .

در شکل یک میکرو سوئیچ یا حسگر تماسی نشان داده شده است. در صورت برخورد تیغه فلزی به مانع و فشرده شدن کلید زیر تیغه همانند قطع و وصل شدن یک کلید ولتاژ خروجی سوئیچ تغییر می کند.

       –   حسگرهای هم جواری (Proximity  )

آشکارسازی اشیا نزدیک به روبات مهمترین کاربرد این حسگرها می باشد. انواع مختلفی از حسگرهای هم جواری در بازار موجود است از جمله می توان به موارد زیر اشاره نمود:

                    –         القایی

                    –          اثرهال

                    –         خازنی

                    –         اولتراسونیک

                    –         نوری

 –     حسگرهای دوربرد ( Far away)

کاربرد اصلی این حسگرها به شرح زیر می باشد:

              –        فاصله سنج (لیزو و اولتراسونیک)

              –         بینایی (دوربینCCD)

در شکل یک زوج گیرنده و فرستنده اولتراسونیک (ماورا صوت) نشان داده شده است. اساس کار این حسگرها بر مبنای پدیده داپلر می باشد.

حسگر نوری (گیرنده-فرستنده)

 یکی از پرکاربردترین حسگرهای مورد استفاده در ساخت رباتها حسگرهای نوری هستند. حسگر نوری گیرنده- فرستنده از یک دیود نورانی (فرستنده) و یک ترانزیستور نوری (گیرنده) تشکیل شده است.

خروجی این حسگر در صورتیکه مقابل سطح سفید قرار بگیرد 5 ولت و در صورتی که در مقابل یک سطح تیره قرار گیرد صفر ولت می باشد. البته این وضعیت می تواند در مدلهای مختلف حسگر برعکس باشد. در هر حال این حسگر در مواجهه با دو سطح نوری مختلف ولتاژ متفاوتی تولید می کند.

در زیر یک نمونه مدار راه انداز زوج حسگر نوری گیرنده فرستنده نشان داده شده است. مقادیر مقاوتهای نشان داده شده در مدلهای متفاوت متغییر است و با مطالعه دیتا شیت آنها می توان مقدار بهینه مقاومت را بدست آورد.

تله سنسور

A- بیوسنسور (معرفی اجمالی)
قسمت های مختلف یك بیو سنسور :
1- قسمت رد یابی بیولوژیك (بیو رسبتور) : (مهمترین قسمت یك بیوسنسور)
2- مبدل (ترانسدیوسر) : شناسایی
3- سیستم خروجی
مبدال عمل شناسایی را انجام می دهد،‌آنچه توسط مبدل شناسایی می شود توسط بیوربستور جذب می گردد و سپس با عبور مجدد از مبدل سیگنال تولید می شود.

* عملكرد بیوسنسورها كاملاً انتخابی است،‌ (به یك مولكول یا آئالیت خاص پاسخ می دهند و از واكنش با سایر مواد جلوگیری می شود)

طبقه بندی بیوسنسورها (از نظر ماهیت عملكرد و ساختار بیوشیمیایی و بیولوژیك ):
1- بیوكاتالیتیك (مانند آنزیم ها)
2- ایموثولوژیك (مانند آنتی بادی ها)
3- اسید نوكلئیك مانند (DNA)

طبقه بندی بیوسنسورها از نظر نوع تبدیلی كه انجام می هند :
1- مبدل های الكترو شیمیایی
2- نوری
3- پیروالكتریك
4- گرمایی یا گرماسنجی

B‌- تله سنسور :
هدف از معرفی :‌ توسعه آرایه ای از تراشه ها جهت نمایش و مانیتور كردن فعالیت های بدن وانتقال آن به مراكز درمان هدف.

عمل تله سنسور: شناسایی + ثبت + ارسال (انتقال)
(برای اولین بار جهت مانیتور كردن علائم حیاتی سربازان به كار رفت)

* به صورت غیر تهاجمی به نقاط مختلفی از بدن متصل شده و نتیجه را گزارش می دهد .
(با قرار گیری تراشه تله سنسور پزشكی بر روی نوك انگشت،‌ امكان ثبت چندین پارامتر حیاتی و ارسال آنها وجود دارد)
* تله سنسور پزشكی یا Asic
یك مدار كامل با عمل اندازه گیری خودكار و انتقال اطلاعات از منابع راه دور به گیرنده ها به منظور ثبت وتجزیه وتحلیل داده ها.

یكی از كاربردهای مهم : بررسی سطح اكسیژن خون :
با تغییر سطح اكسیژن خون، رنگ هموگلبین آن نیز تغییر یافته و این تراشه ها با داشتن یك منبع و یك آشكارساز نوری توانایی ردیابی و اندازه گیری تغییرات رنگ هموگلبین به هنگام تابش را خواهند داشت.
(دیگر كاربرد ها اندازه گیری فشار خون، ضربان قلب و درجه حرارت بدن)

ساختمان تله سنسور پزشكی Asic‌ :
تراشه 2 × 2 میلیمتری از جنس سیلیكون (سیلیسم)
شامل : 1
1- سنسور گرمایی
2- باتری نواری باریك لیتیم (به مصرف توان كمی جهت راه اندازی مدار، پردازش سیگنال الكترونیك و ارسال آن نیاز دارد) آنتن تعبیه شده بر روی تراشه به هنگام گرفتن دستور ارسال داده اطلاعات را توسط سیگنال رادیویی (انتقال فركانس رادیویی) به مانیتور ارسال می كند.

فیبر سیلیكونی :
انعطاف پذیر است، امكان فشرده یا كشیدگی آن وجود دارد و همچنین امكان محاسبه میزان فشردگی یا كشیدگی مینیر با گذراندن پرتو از درون آن میسر می شود.
هنگامی كه بر روی تراشه قرار می گیرد میزان فشار در موقعیت های مختلف بدن را حس می كند. می توان از این قابلیت برای نمایش (ویژگی های فوق كه گفته شد) فشارخون، نرخ ضربان قلب و نرخ تنفس (انبساط قفسه سینه) میزان خمیدگی زانو هنگام توان بخشی فیزیكی و .......... استفاده كرد.

مطلب از مقاله:

محسن زمیاد - احسان آرا - علیرضا حق نگهدار

در سالهای اخیر كاربردهای زیست‌ فناوری و پزشكی فناوری میكرو ونانو (كه معمولا از آن به عنوان سیستم‌های میكروی الكتریكی مكانیكی پزشكی یا زیست‌ فناوری‎(BioMEM) 1‏ نام برده می‌شود) به‌صورت فزاینده‌ای رایج شده است و كاربردهای وسیعی همچون تشخیص و درمان بیماری و مهندسی بافت پیدا كرده است. در حین این كه تحقیقات و گسترش فعالیت در این زمینه هم چنان به قوت خود باقی است، بعضی از این كاربردها تجاری هم می‌شود. در این مقاله پیشرفت‌های اخیر در این زمینه را مرور كرده و خلاصه‌ای از جدیدترین مطالب در حوزه ‏BioMEM ‎‏ را با تمركز روی تشخیص و حسگرها ارائه می‌شود.‏

بیوسنسور‌ها
در كاربردهای بسیاری در پزشكی، تحلیل محیطی و صنایع شیمیائی نیاز به روشهایی جهت حس كردن مولكولهای زیستی كوچك وجود دارد. حس‌های بویایی و چشایی ما دقیقا همین كار را انجام می‌دهد و سیستم ایمنی بدن میلیونها نوع مولكول مختلف را شناسائی می‌كند. شناسائی مولكولهای كوچك تخصص بیومولكولها است، لذا اینها شیوه جدید و جذابی برای ساخت سنسورهای خاص را پیش رو قرار می‌دهد. دو مولفه اساسی در این راستا وجود دارد. المان شناساگر و روش‌هایی برای فراخوانی زمانی كه المان شناساگر هدف خودش را پیدا می‌كند. اغلب المان شناساگر تحت تاثیر منبع زیست‌ فناوری تغییر نمی كند. مشكل اصلی در این كار طراحی یك واسطه مناسب به یك وسیله بازخوانی بزرگ است.
از آنتی بادی‌ها به صورت گسترده به عنوان بیوسنسور استفاده می‌شود. آنتی بادی‌ها بیوسنسورهای پیشتاز در طبیعت است، به همین دلیل توسعه تستهای تشخیصی با استفاده از آنتی بادیها، یكی از زمینه‌های بسیار موفق در بیوفناوری است. شاید آشناترین مثال تست ساده‌ای است كه برای تعیین گروه خونی استفاده می‌شود.
بوسنسورهای گلوكز از موفق ترین بیوسنسورهای موجود در بازار است. بیماران مبتلا به دیابت نیاز به شیوه‌های مرسوم جهت پایش سطح گلوكز خود دارد. سنسورهای قابل كاشت و غیر تهاجمی در حال توسعه است، اما در حال حاضر در دسترس‌ترین شیوه بیوسنسور دستی است كه یك قطره از خون را تحلیل می‌كند.

تعریف ‏BioMEM
‏ از زمان آغاز سیستم‌های ‏MEM‏ در اوایل دهه 1970، اهمیت كاربردهای پزشكی این سیستم‌های مینیاتوری درك شد. ‏BioMEM‏‌ها در حال حاضر یك موضوع بسیار مهم است كه تحقیقات بسیاری در زمینه آن انجام شده است و كاربردهای پزشكی مهم بسیاری دارد. در حالت كلی می‌توان ‏BioMEM‏‌ها را به عنوان "دستگاه‌ها ( وسایل) یا سیستم‌هایی ساخته شده با روش‌‌های الهام گرفته شده از ساخت در ابعاد میكرو /نانو، كه برای پردازش، تحویل 2، دستكاری3، تحلیل یا ساخت ذرات 4 شیمیائی و بیولوژیك استفاده می‌شود"، تعریف كرد. این وسایل و سیستم‌ها همه واسطه‌های علوم زندگی و ضوابط پزشكی با سیستم‌های با ابعاد میكرو و نانو را شامل می‌شود. حوزه‌های تحقیقات و كاربردها در ‏BioMEM‏ از تشخیص بیماری‌ها مانند میكرو آرایه‌های پروتئینی و‏DNA، تا مواد جدیدی برای ‏BioMEM، مهندسی بافت، تغییر و اصلاح5 سطح، ‏BioMEM‏‌های قابل كاشت، سیستم‌هائی برای رهایش دارو و.... را شامل می‌شوند. وسایل و سیستم‌های فشرده‌ایی كه از ‏BioMEM‏‌ها استفاده می‌كنند، به عنوان "آزمایشگاه روی یك چیپ"6 و سیستم‌های تحلیل تمام میكرو‏TAS ) ‎‏ ‏‎µ‎‏ یا ‏‎(micro-TAS ‎‏ 7 نیز شناخته می‌شود. شكل (1) شماتیك رسم شده از قسمت‌های كلیدی حوزه‌های تحقیقاتی را نشان می‌دهد.‏