[التكنولوجيا والمستقبل] الهاتف الذكي في الغد: جهاز استشعار لكل شيء!

مختبر على شريحة
http://www.sle.sharp.co.uk/sharp/apps/sle-web/research/health_medical/lab-on-a-chip.png
ECOVACS

كل يوم نعتمد على هواتفنا الذكية ، في بعض الأحيان دون أن ندرك ذلك ، الكثير من أكثر المعلومات سرية وشخصية. في الواقع ، بفضل هذه الأجهزة ، يمكن أن تعرف هذه الأجهزة موقفنامراقبة أنشطتنا، لتسجيل الصوت والفيديو لما حولنا. وفي المستقبل ، في جميع الاحتمالات ، سيكونون قادرين على جمع مزيد من المعلومات.

يرتبط جزءهم الذكي ، infondo ، ارتباطًا وثيقًا بالقدرة على ذلك تقدم احتياجاتنا ه الاستجابة بفعالية لاحتياجاتنا. مهام مستحيلة أداؤها بدون أنا منح اللازمة ل تحليل العادات وأنماط الحياة. لذلك ، من السهل التنبؤ بأن الهواتف الذكية في المستقبل ستتوفر بكميات كبيرة ترسانة من أجهزة الاستشعار لرصد بلدنا الصحةتفحص البيئة الذي نعيش فيه وأخيراً تحديد فريد مالك هذه المعلومات لـ حمايتهم من عيون غير مصرح بها.

القزحية والشبكية
http://www.popsci.com/sites/popsci.com/files/images/2014/12/biometric-eyes.jpg

اليوم سوف نركز على تلك الأنظمة الاعتراف البيومتري التي اكتسبت مؤخرًا شعبية كبيرة (مع انتشار الأجهزة الطرفية المزودة بأجهزة مسح بصمات الأصابع) ، سنتحدث عن المستشعرات التي تسمح لك بالتحليل نوعية الهواء والماء وسوف نكرس أنفسنا للتقنيات الكامنة وراء أجهزة الاستشعار والرصد الصحي. وأخيرا ، دعونا لا نترك الجوانب المرتبطة باحتمال التصغير من هذه المجسات (NEMS).

في البحث عن الأمان المطلق والراحة: التعرف على البيومترية

هواتفنا الذكية (وقبل كل شيء محتوياتها) ، كما قلنا ، أكثر من اللازم ثمين لتترك دون رقابة. هناك بحاجة لحمايتهمومع ذلك ، فإنه غالبًا ما يتعارض مع الرغبة في الحفاظ على النفوذ راحة الاستخدام، والتي قد تتأثر باستخدام كلمات مرور معقدة (عادة ما يتم اتباعها في بقية عالم الحوسبة).

ويمكن تحقيق حل وسط جيد بين السلامة والراحة ، من وجهة النظر هذه ، باستخدام وسائل قصيرة رموز رقمية (PIN) س النمط مسبقا. هذه الأنظمة ، والتي هي أكثر من كافية لضمان الحماية من هجمات poco منظمهم مع ذلك تجاوز من قبل مهاجم يتمتع بقدر كاف من المهارة واليقظة لاستغلالهم نقاط الضعف (مثل استخدام الرموز الشائعة أو تحليل البصمات المتبقية على الشاشة).

lockscreen
http://www.droid-life.com/wp-content/uploads/2013/03/lockscreen4.jpg

لبعض الوقت الآن ، كان عدد متزايد من الشركات المصنعة ينغمس في تعطش المستخدمين للأمان من خلال تقديم أجهزة مجهزة الاعتراف البيومتريوالتي تعد بحدوث قفزة نوعية في الجودة مقارنة بأنظمة الأمن التقليدية. استخدام خصائص مميزة وقابلة للقياس من جسم الإنسانفي الواقع ، فإنه يسمح لهذه الحلول لتفاخر درجة من الأمن نظرية عالية حقا ، في حين أن استخدام أجهزة استشعار خاصة يمكن تبسيط وتسريع الإصدار من الجهاز.

نظام التعرف على البيومترية الأكثر انتشارا هو بلا شك واحد يعتمد على مسح بصمات، والذي يستغلثبات و 'شخصية من دراسة تقاطيع النهايات (مجموعة الوديان والتلال موجودة على أطراف أصابعنا). لذلك ، يتم الاحتفاظ بآثار أقدامهم الخصائص (لم يتم العثور على أصبعين لهما نفس النمط) e مستقر مع مرور الوقت (لا تزال دون تغيير من الشهر الثامن من الحمل حتى الموت ، ما لم تكن صدمة خطيرة).

بصمة
http://static.myce.com/images_posts/2015/03/Digital-Fingerprint-Ashford-University.jpg

هذه الخصائص تجعلها فريدة من نوعها مفاتيح بيولوجية جيدةوالتي لديها خلل اترك شكله الخاص على كل الأشياء التي نلمسها. أيضا في هذه الحالة ، لذلك ، فإنها تكشف عن نفسها inefficaci ضد (عدد قليل) من المجرمين الأكثر تنظيماً. ومع ذلك ، يمكن للهواتف الذكية اكتشاف تصميمها باستخدام أجهزة الاستشعار المستندة إلى مبادئ تكنولوجية مختلفة جدا.

هناك طريقة غير مكلفة إلى حد ما ، على سبيل المثال ، تتضمن استخدام ملف نظام سعوي سلبي مماثلة لتلك المستخدمة للكشف عن موقف أصابعنا على الشاشة (التي ناقشناها بالفعل في المادة السابقة). أيضا في هذه الحالة ، في الواقع ، هناك واحد مصفوفة من المكثفات شقة صغيرة جدا التي ، إذا وضعت بالقرب من مادة موصلة ، يغيرون قدرتهم. هذه المرة ، ومع ذلك ، فإن العناصر الفردية لديها أبعاد مجهرية، حتى تتمكن من تمييز وجود القمم (الموصلة) أو الهواء الموجود في الوديان (غير الموصلة).

بصمة نشطة
http://www.fingerprints.com/wp-content/uploads/2013/08/Sk%C3%A4rmavbild-2013-08-07-kl.-13.53.11-1.png

هناك أيضا العديد من النظم على أساسالانبعاث النشط للإشارة، يمكن أن يكون أي مشرق، في تردد الراديو (أنظمة سعوية نشطة) أو في الموجات فوق الصوتية. كل هذه التقنيات ، ومع ذلك ، تقوم على دراسة إشارة تنعكس من قبل dermatoglyphs ، التي يمكن أن تسجل في كثير من الأحيان حتى في وجود طبقات واقية سميكة. هذه هي الأنظمة التي تقدم نفسها بشكل جيد للاندماج في الأجزاء الوظيفية (مثل المفاتيح الأمامية).

أخيرا ، لا يمكننا أن ننسى العديد من الحلول القائمة على القراءة الحرارية من خلال أجهزة استشعار كهربي حراري (التي تولد فرقًا محتملًا فقط عندما أكون على اتصال مع التلال) أو على ذلك الضغطعلى أساس استخدام عناصر كهرضغطية أو مفاتيح MEMS. ومع ذلك ، فإن هذه التقنيات الحديثة poco منتشر بشكل عام ، وبقدر ما نعلم ، غائب في قطاع الهواتف الذكية حيث تكون الأنظمة السعوية هي الأكثر شيوعًا.

بصمة ممس
http://biometrics.mainguet.org/types/fingerprint/product/IMEN_MEMScapacitive.jpg

بمجرد الحصول على البيانات ، في أي حال ، تعتني الخوارزمية إعادة الصورة (إذا تم الحصول على هذا مع أقل من أجهزة الاستشعار المنزلقة) و مقارنة مع ذلك مسجل في قاعدة البيانات. أهمية خاصة في هذا السياق هو تحليل تفصيلات، أي التشعبات والأقسام الطرفية للقمة ، والتي سترتبط بالمتجهات التي يمكن التعامل معها بسهولة بواسطة SoC.

ومع ذلك ، لا يعد مسح بصمات الأصابع الحل الوحيد للتعرف على البيومترية الذي يمكن استخدامه في بيئة الجوّال. نظم على أساسبصمة صوت، على سبيل المثال ، من السهل تنفيذها ، تمامًا كما أنه ليس من الصعب التفكير في تطور التعرف من خلال الأنماط التي يكون من الممكن فيها ، بدلاً من العقد التسعة الكلاسيكية المراد توصيلها ارسم توقيعك الخاص في الحرية.

ومع ذلك ، فإن هذه الأنواع من الحلول ، التي لا تتطلب سوى خوارزمية مناسبة poco مريحة وآمنة بسببهم دقة ضعيفة، مما يؤدي بهم إلى إنتاج عدد كبير نسبيًا من الأخطاء (حالات الإيجابيات أو السلبيات الكاذبة). لهذا السبب ، يبدو أنه في المستقبل سوف تنتشر أجهزة مسح بصمات الأصابع بشكل متزايد ، وربما تكون مصحوبة بالأولى القراء شبكية العين، منقزحية أو من الأوعية الدموية الخارجية العين.

قزحية
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d7/ColourIris.png

بما أن الأعضاء الداخلية يمكن رؤيتها بسهولة ، في الواقع ، فإن هذه الأجزاء من جسم الإنسان هي مرشحة ممتازة كمفتاح بيولوجي. كيف البصمات هي تحدد من سن مبكرةانا حاليا كثيرا يصعب نسخها, لا تختلف مع مرور الوقت وأيضا ليس لديهم عادة سيئة ترك آثارها في البيئة التي نعيش فيها.

علاوة على ذلك ، لا تتطلب قراءة القزحية والأوعية الدموية وجود مستشعرات محددة ، ولكن يتم الحصول عليها ببساطة باستخدام جهاز واحد كاميرا جبهة مناسبة (لدينا بالفعل تحدث بغزارة من هذا المكون) ، ربما يحيط بها un الصمام الأشعة تحت الحمراء. إذا تم تنفيذ مسح الأوعية الدموية بسهولة أيضا من وجهة نظر البرنامج ، ومع ذلك ، فإن الوضع مختلف جدا القزحية ذلك ، التوسع والتعاقد بطريقة لا مرنة تماما وفقًا للضوء المحيط ، فهو أكثر من الصعب تحليلها.

السهام فوجيتسو
http://webcusp.com/wp-content/uploads/2015/07/Fujitsu-Arrows-NX-F-04G.jpg

لذلك ، فإن معظم المحطات الطرفية الحالية التي تدعي أنها تستخدم نظام التعرف على قزحية العين تستخدم حلاً بالفعل على أساس الأوردة المرئية من الجزء الأبيض من العين. كاميرات الهاتف الذكي الحالية ، إذن ، ليست مناسبة لمسح ممكن من نمط من الأوعية الدموية التي تميز شبكية العين وبالإضافة إلى وجود LED الأشعة تحت الحمراء ، لا تزال تتطلب مهمة التطورات التكنولوجية.

في حين أن البيانات البيومترية لا يمكن تغييرهاوأخيرا ، ربما يكون من الأفضل عدم استخدام المفاتيح الأكثر خفية (مثل القزحية والشبكية) تسجيل للاستخدامات التي تكون فيها قراءة بصمات الأصابع أكثر من كافية. هناك راحة التي تم الوصول إليها بواسطة أفضل ماسحات بصمات الأصابع ، إذن ، تسمح لنا أن نعتقد أنه في المستقبل سيكون المزيد والمزيد من المطاريف القابلة للفتح في أمان مع لمسة من الاصبع، في حين أن أقوى التقنيات مثل مسح الوريد سيتم استخدام العدسات (أو الرقمية منها) حماية إضافية فقط بالنسبة للبيانات الأكثر حساسية.

أجهزة استشعار للعيش في بيئة صحية

لن يقوم الهاتف الذكي الخاص بغدًا بحماية معلوماتنا الشخصية فحسب ، بل أيضًا ستراقب باستمرار البيئة التي نعيش فيها لمساعدتنا على جعلها أكثر ملائمة للعيش والترحيب. يوم الأحد الماضي رأينا كيف أجهزتنا أنها تحتوي بالفعل مختلف أجهزة استشعار درجة الحرارة (حتى لو كانت هذه لا تشير في الغالب إلى الحالة البيئية) ، وسنرى اليوم كيف يمكن اعتمادها مقاييس, مقياس درجة الرطوبة وأجهزة استشعار لقياس جودة الهواء والماء.

تكنولوجيا MEMS ، على سبيل المثال ، يسمح لإنتاج مقاييس صغيرة ومفيدة لقياس الضغط الجوي، تحسين دقة التوقعات طقس وتقديرارتفاع حيث يوجد الجهاز. أجهزة الاستشعار من هذا النوع اقتصادي لإنتاجها ، وتتكون أساسًا من واحدة غشاء رقيق التي تعمل كلوحة مكثف أو متصلة بمادة كهرضغطية. وبالتالي فإن تغيرات الضغط تحرك هذا العنصر الذي يولد ، من خلال البناء ، تغييرًا يمكن قياسه بسهولة في السعة (في الحالة الأولى) أو فرق محتمل.

مقياس المقياس
http://electronicdesign.com/site-files/electronicdesign.com/files/archive/electronicdesign.com/content/content/63723/63723-fig1.jpg

يجب علينا ألا نقلل من أهمية مقياس الرطوبة الذي ، من خلال مراقبةالرطوبة النسبية للهواء، يتيح لنا أن نفهم عندما ظروف بيئة ليست مثالية لحياة الإنسان أو، على العكس، فهي مواتية أكثر من اللازم لتنمية قوالب والفطر. في هذه الحالة ، يتكون المستشعر عادةً من ملح أو مادة بوليمرية أنه ، وفقا لرطوبة البيئة ، يتغير بها مقاومة عند مرور الكهرباء.

أخيرًا ، في المستقبل ، من الممكن أن تدفع الحساسية المتزايدة للمستهلكين تجاه القضايا البيئية المنتجين إلى دمج أجهزة الاستشعار لمراقبةالتلوث وتسويق تحقيقات للسيطرة على جودة المياه. إذا كانت هذه قابلة للتحقيق بالفعل ، فإننا في الوضع الحالي للتكنولوجيا بعيدًا عن الإنشاء خط التماس (المختبر على واحد في رقاقة) MEMS لمراقبة جودة الهواء صغير ورخيص بما يكفي ليتم دمجه في هاتف ذكي.

شياومي مي تنقية المياه

وأخيرًا ، ستكون جميع هذه البيانات يومًا واحدًا تقاسمها مع المنازل الذكية غدا لضمان الاستخدام الأمثل تكييف الهواء وأنظمة التحكم في جودة الهواء (إزالة الرطوبة ، أجهزة تنقية ...).

الفضاء للصحة والرياضة!

في المستقبل ، يمكن أن تصبح الهواتف الذكية مهمة أيضًا لـ صيانة صحتنا بفضل وجود أجهزة الاستشعار التي ، من خلال رصد باستمرار لدينا المعلمات ، يمكن اعلامنا من الممكن ظهور المرض والسماح لنا ، وبالتالي ، على التصرف على الفور.

من الواضح أن هذه ليست تقنيات متاحة بالفعل وجاهزة للسوق ، ولكن من منظور المنظور لا يمكننا إهمال انتشارها المحتمل. بفضل MEMS ، على سبيل المثال ، من الممكن بالفعل إنشاء أجهزة استشعار اليوم BCG (Ballistocardiograph) التي ، وقياس حركة الدم بفضل مقاييس التسارع الحساسة جدًا ، يمكنهم ذلك مراقبة نشاط القلب بتفاصيل مماثلة لتلك الخاصة بمخططات القلب التقليدية.

BCG
http://static.electronicsweekly.com/news/wp-content/uploads/sites/16/2015/05/06may15murataFigure1.jpg

هذا النظام يعاني بالطبع من وجود الضوضاء الخلفية وحركة محتملة للموضوع ، ولكن يوجد حاليًا تفاؤل بشأن إمكانية أن الهواتف الذكية في المستقبل يمكنها قياس نشاط القلب بشكل غير جراحي بمجرد أن تكون في يد المستخدم أو داخل جيب سرواله.

نذكرك أيضًا أن هذا النظام سيكون مختلفًا جدًا عن مخطط Photoplethysmogram (إندستريز) والتي تُستخدم حاليًا في معظم أجهزة تتبع الرياضات والساعات الذكية. التكنولوجيا الأخيرة ، في الواقع ، تعتمد علىالمراقبة البصرية (عن طريق الصمام والثنائي الضوئي) من توسع rhythmics من الأوعية الدموية التي يولدها القلب ، ولكن انها ليست حساسة على المراحل الفردية من نشاط القلب.

زياومي مي الفرقة شنومكس

من ناحية أخرى ، من المحتمل أن PPG ، الذي يمكن لمستشعره بقياسات صغيرة قياسه أيضًا مستوى الأوكسجين في الدم, بفضل تكلفتها المنخفضة وانتشارها العالي ، فإنك تحتكر عالم أجهزة مراقبة معدل ضربات القلب للأجهزة الذكية لفترة طويلة. ومع ذلك ، يمكن استخدام كلا النظامين للحصول على واحد عبر البرنامج تقدير ضغط الدم.

أخيرًا ، لا يمكننا أن ننسى احتمال أن محطات الغد تدمج أيضًا المزيد من أجهزة الاستشعار الغازية وأقل شيوعا ، مثل تلك التي تتطلب قطرة دم أو غيرها من سوائل الجسم للعمل. من هذا المنطلق نفهم اختيار بعض الشركات المصنعة لبدء دراسة المحطات الطرفية وحداتيمكن أن تتكامل أجهزة استشعار حيوية مخصصة لفئات معينة من المستهلكين (مثل أنا جلكمتر لمرضى السكر) ه خط التماس.

مختبر على رقاقة
http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/id39161_l.jpg

أخيرًا ، قد يؤدي تطوير أجهزة استشعار حيوية أصغر حجمًا وأكثر كفاءة يومًا ما إلى أجهزة قادرة ، في حالة الحاجة ، على قياس أكثر من معلمات دمائنا في poco مرة. هذا الاحتمال ، اليوم بعيدًا جدًا عن كونه مجديًا ، سيكون بمثابة خطوة مذهلة إلى الأمام في مجال الصحة الإلكترونية.

أصغر بشكل متزايد: هنا هو عالم NEMS

نختتم هذا المقال بتخصيص بعض الخطوط لعالم الآلهة أنظمة النانو الكهروميكانيكية (NEMS) ، أي التكنولوجيات التي تعد بذلك مزيد من الانخفاض في حجم أجهزة الاستشعار. في هذا المجال ، في الواقع ، هناك طريقتان مختلفتان ، إذا تم استخدامها في وقت واحد ، يمكن أن تؤدي بالفعل إلى نتائج مذهلة في المختبر.

النهج الأول هو أن يستخدم بشكل كلاسيكي في المجال التكنولوجي ، وينص على تنقيح تقنيات الإنتاج المستخدمة بالفعل ل MEMS (النهج من أعلى إلى أسفل). في هذه الحالة ، فإن litografia، ولكن اختيار مصادر الضوء أكثر نشاطا (الأشعة فوق البنفسجية) أو الحزم الإلكترونية ل زيادة القرار من عملية الطباعة.

NEMS
http://nano.caltech.edu/graphics/research/Nanosys-VLSIFig1.jpg

الاتجاه المعاكس ، من ناحية أخرى ، هو ذلك تصاعدي وينص على استخدام التعرف الجزيئي و مواد تجميع ذاتي لمناورة الجزيئات الفردية. لسوء الحظ ، هذه التكنولوجيا ، والتي على الورق واعدة جدا وستسمح باستخدام مقويات الكربون المثيرة للاهتمام (مثل الجرافين e الأنابيب النانوية) ، لا يزال في مستوى الجنين ولا يبدو قابلة للتكيف بسهولة مع الإنتاج الضخم.

دراسة الأنابيب النانوية في المختبر، على سبيل المثال، يأخذ اليوم مكان دائما تقريبا إيداع العنصر المراد دراستها على قرص السيليكون و حول المبنىمن خلال الطباعة الحجرية الكلاسيكية ، الهيكل المطلوب: عملية واضحة poco تجاري.

أنابيب
http://www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures/gallery_01/gallery_01_03/pics_01/internet/nanotube_schoenenberger.jpg

موعدنا الأسبوعي في العمود يغلق هنا "التكنولوجيا والمستقبل". إذا كنت تحب هذا المقال لا تفوت فرصة زيارة هذا المقال الأحد القادمالتي سنتحدث فيها عن أنظمة تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية!