Сенсорні матриці необхідні в різних галузях, включаючи робототехніку, авіацію, охорону здоров’я та промислове обладнання. Однак звичайні матричні системи датчиків часто стикаються з проблемами, такими як обмежена можливість реконфігурації, складна проводка та низька надійність. Щоб вирішити ці проблеми, науковці представляють однопровідну реконфігуровану сенсорну матрицю, яка здатна відповідати тривимірним вигнутим поверхням і стійка до перехресних перешкод і зламів.
Технологія сенсорної матриці є багатообіцяючою завдяки її здатності забезпечувати високу роздільну здатність і багатовимірне вимірювання фізичних взаємодій, що призводить до підвищення точності в різних додатках, таких як робототехніка, інтерфейси людина-машина та медичні пристрої.
Однак використання сенсорних матриць стикається з безліччю труднощів, найактуальніші з яких включають складну проводку, неадекватну реконфігурацію та сприйнятливість до фізичних пошкоджень. Це значною мірою пов’язано з реалізацією мультиплексування з розділенням часу для їх інтерфейсу, що призводить до послідовної та періодичної вибірки (режим сканування) окремих датчиків, щоб зрештою побудувати двовимірну карту розподілу фізичної величини.
Повідомляється про платформу сенсорної матриці (TSM), натхненну тонотопіями, комунікаційну архітектуру, розроблену для усунення цих обмежень. Платформа TSM заснована на тонотопічній слуховій системі, яка відображає зв’язок між внутрішніми волосковими клітинами та слуховою корою головного мозку в нашому сприйнятті звуку.
Внутрішні волоскові клітини вздовж базилярної мембрани в вушній раковині обробляють різні частоти звуку та передають електричні сигнали до нейронів спірального ганглія. Ці просторово – часові сигнали переміщуються до кохлеарного ядерного комплексу в стовбурі мозку, який інтегрує та спочатку обробляє слухову інформацію, перш ніж відображатися в слуховій корі.
Керуючись механізмом тонотопії, платформа TSM призначає кожному сенсорному блоку (TSU; 1 ~ n) у матриці унікальну частоту синусоїдальної хвилі ( f 1 ~ f n ) як ідентифікатор. Існує певна кореляція між зміною фізичної величини, яку відчуває TSU, та амплітудою синусоїдальної хвилі, яку він видає. Конвергенція синусоїдальних сигналів, що надходять від кожного TSU, призводить до формування складеного сигналу у часовій області, який передається через один провідник, що передає інформацію, отриману від TSM у повному обсязі.
Алгоритм швидкого перетворення Фур’є (ШПФ), що виконується в режимі реального часу, розкладає складений сигнал у часовій області для створення представлення частотного спектру, який відображає інформаційний вміст усіх TSU. На відміну від традиційних сенсорних матриць, підхід TSM обробляє інформацію від усіх сенсорів паралельно, подібно до тонотопічної системи передачі звукових сигналів. Крім того, різні типи датчиків можуть бути інтегровані в TSU, за умови встановлення певного співвідношення між вихідним сигналом датчика та амплітудою призначеної синусоїди в TSU, а модульовані аналогові сигнали, які виводяться з TSU, можуть динамічно накладатися для формування композитного сигналу у часовій області. Ця конструкція може дозволити TSM контролювати різноманітні фізичні величини одночасно, пропонуючи таким чином платформу з можливістю реконфігурації для мультисенсорних програм у різноманітних сферах.
Спостерігаючи за кількома синаптичними зв’язками між однією внутрішньою волосковою клітиною та декількома нейронами спірального ганглія, було визнано важливість надмірності для забезпечення стійкості до пошкоджень. Таким чином, TSU включає резервування з кількома з’єднаннями між кожним TSU та іншими блоками в мережі на основі спільного провідника для передачі композитного сигналу у часовій області. Це резервування забезпечує резервне копіювання слідів, коли одне з’єднання пошкоджено, підвищуючи загальну стійкість і стійкість до пошкоджень TSM. Крім того, профіль TSM може бути дуже гнучким завдяки резервним зв’язкам між TSU. Ця гнучкість дозволяє проектувати TSM у різних конфігураціях відповідно до конкретних програм або обмежень. На завершення можна сказати, що запропонований метод TSM пропонує переваги в проводці, можливості реконфігурації і стійкості до пошкоджень.