Współczesne telefony komórkowe są bardzo rozbudowanymi urządzeniami wykraczającymi daleko poza funkcje, jakie przewidział dla telefonu jego twórca Aleksander Bell. Obecnie smartfon może być kompasem, może mierzyć naszą prędkość poruszania, wiedzieć, w jaką część nieba patrzymy, czy chociażby obracać ekran w momencie, kiedy odwrócimy telefon z klasycznego pionu do wygodniejszego przy oglądaniu filmów lub graniu poziomego ułożenia.
Czy ktoś z nas zastanawiał się kiedykolwiek jak one to robią? Raczej nie, nie wiemy, że nasz telefon ma wbudowane tak zaawansowane urządzenie jak akcelerometr, zresztą nie tylko telefon jest w niego wyposażony, ale też np. laptopy i samochody, ale o tym za chwilę.
Czym jest akcelerometr?
To, czym jest akcelerometr idealnie pokazuje polska nazwa tego urządzenia – przyspieszeniomierz, jego rolą jest pomiar przyspieszenia kątowego i liniowego. Czyli mówiąc prostymi słowami akcelerometr mierzy swój własny ruch.
Jak działa akcelerometr?
Przyspieszeniomierz może działać na wiele różnych sposobów. Najczęściej spotykanym sposobem działania jest wykorzystanie efektu piezoelektrycznego. Działa dzięki zastosowaniu mikroskopijnych struktur krystalicznych, które pod wpływem siły przyspieszenia ulegają naprężeniu, co powoduje wytworzenie napięcia, które z kolei jest interpretowane przez akcelerometr do określenia orientacji i prędkości ruchu.
Innym, równie popularnym sposobem działania akcelerometru jest czujnik pojemnościowy. Służy on do odczytywania zmiany pojemności w układach mikrostrukturalnych urządzeń znajdujących się obok siebie. Jeżeli pojemność ulegnie zmianie w wyniku przesuniecie jednej z mikrostruktur akcelerometr to przetłumaczy.
Zastosowanie akcelerometrów
Akcelerometry są używane od lat w różnych specjalistycznych urządzeniach jak np. w lotniczych przyrządach nawigacyjnych. Na masową skalę zaczęto je wykorzystywać wraz z rozminięciem się technologii tworzenia układów elektromechanicznych, czyli MEMS.
Układy MEMS to technologia przeznaczona do tworzenia mikro urządzeń lub systemów, które są połączeniem elementów mechanicznych i elektrycznych. Urządzenia te są mikroskopijne, części mechaniczne takie jak koła zębate czy mikrosilniki połączone z układami elektronicznymi w celu stworzenia skomplikowanego urządzenia elektromechanicznego. Rozwój technologii produkcji MEMS i miniaturyzacja sprawiło, że pojawiło się bardzo dużo ciekawych rozwiązań technologicznych, której do tej pory wydawały się nierealne do wykonania.
Jednym z urządzeń, w którym zastosowany jest akcelerometr jest telefon komórkowy. Rozwój telefonów komórkowych oraz, wspomnianej wyżej elektromechaniki sprawił, że akcelerometry wyszły poza wyspecjalizowane urządzenia nawigacyjne. Teraz każdy nowy telefon jest w niego wyposażony. Chociaż tego nie widzimy, z działaniem akcelerometru mamy do czynienia praktycznie w każdym momencie użytkowania telefonu. Widzimy efekty jego działania podczas obracania telefonu z pionu do pozycji poziomej, co powoduje obrót ekranu, właśnie za ten obrót odpowiedzialny jest akcelerometr. W trakcie grania w gry, w których wykorzystujemy telefon, jako kontroler gry i sterujemy np. samochodem poprzez przechylanie telefonu na boki. Czy w aplikacjach takich jak krokomierz.
W aparatach fotograficznych (również tych w telefonach komórkowych) gdzie mamy do czynienia z optyczną stabilizacją obrazu. Akcelerometr jest tutaj odpowiedzialny za minimalizowanie zniekształcenia obrazu powodowanych przez drgania. Mikro urządzenie wychwytuje drgania i zmianę położenia i natychmiast wysyła sygnał do mikro silników, które stabilizują obiektyw.
Akcelerometr są oczywiście wykorzystywane we wszelkich urządzenia noszonych takich jak smartbandy i smartwache. Urządzenia te śledzą praktycznie każdą zmianę położenia i w oparciu o nią wykonują określone zadania. Chociażby podświetlenie tarczy zegarka w momencie, kiedy ustawimy nadgarstek na wprost naszych oczu.
Akcelerometry znajdziemy też w naszych laptopach, zdziwieni? Tak, akcelerometr zabezpiecza nasz dysk twardy. W momencie wykrycia przyspieszenia urządzenia, np. w skutek upadku, zanim dojdzie do nieszczęsnego uderzenia o podłogę, w ciągu ułamka sekundy akcelerometr wyśle informację do układu w dysku twardym o konieczności unieruchomienia i zablokowania tarcz wewnątrz dysku, żeby zapobiec jego uszkodzeniu.
Układy bezpieczeństwa w samochodach też wykosztują pracę akcelerometru. Odpowiada on z poinformowanie np. poduszek bezpieczeństwa o kolizji i konieczności ich użycia.
Wraz z rozwojem technologii akcelerometry znajdują coraz szersze zastosowanie. W automatyce i robotyce akcelerometry znajdziemy np. w rękawicach sterujących manipulatorem robota. Wyobraźmy sobie sytuację gdzie np. do budynku objętego pożarem wprowadzony zostaje robot techniczny a strażak za pomocą rękawicy założonej na dłoń z bezpiecznej odległości steruje ramieniem robota w celu usunięcia przeszkód. Tak, w rękawicy znajdują się akcelerometry, które odczytują ruch dłoni i przesyłają do manipulatora w robocie.
Przyszłość przed akcelerometrami maluje się w jasnych barwach, już dzisiaj są przygotowywane urządzenia, które czekają tylko na rozwój technologii w dziedzinie szybkiego Internetu 5G. Pozwoli to np. na wykonywanie operacji medycznych na znaczne odległości a bez akcelerometrów i technologii MEMS nie było by to możliwe.
