hiendaihoa.com

Khái niệm máy móc “thông minh” dường như vẫn còn khá mơ hồ với nhiều người, tuy nhiên, có thể hiểu nó như một dạng trí tuệ nhân tạo. Một máy móc thật sự thông minh cần có những đặc điểm sau:

Thích nghi với sự thay đổi điều kiện xung quanh, có nghĩa là có thể ghi nhớ được các kinh nghiệm và xử lý trong các trường hợp tương tự trong tương lai.

• Cảm biến trong các máy sẽ cảm nhận và đưa ra các tín hiệu giống như mắt và tai con người vậy
• Có khả năng xử lý thông tin tốt và nhanh
• Việc chia sẻ thông tin và kiến thức giữa các máy móc phải thông qua một ngôn ngữ phức tạp, tương tự như ngôn ngữ loài người.

Giữa máy móc hiện tại với các máy móc thông minh có những đặc điểm ở trên là cả một khoảng cách khá lớn. Các máy móc hiện nay hầu như đều được xây dựng dựa trên ngôn ngữ đã rất cổ (mã G), ngôn ngữ được phát triển cách đây 50 năm khi mà công nghệ thông tin vẫn còn quá xa lạ với nhân loại. Vậy thì cảm biến cùng với công nghệ thông tin sẽ được ứng dụng như thế nào trong những chiếc máy thông minh?

Cảm biến

Để một hệ thống hoạt động được tốt và liên tục, được thị trường công nghiệp chấp nhận rộng rãi, khi ứng dụng vào thực tế cần phải đảm bảo được các yếu tố sau: chi phí thấp, hoạt động ổn định, không bị gián đoạn, kết quả chính xác… Các nghiên cứu đã cho thấy rằng sự đổi mới thực ra chỉ là sự kết hợp của các công nghệ cũ lại với nhau và công nghệ cảm biến cũng không nằm ngoài xu thế ấy. Một ví dụ về cảm biến không gián đoạn là trường hợp bộ điều khiển nguồn trong mô-tơ quay. Trong đó, để thực hiện được công việc của một bộ điều khiển nguồn, cảm biến cần được kết hợp giữa nhiều công nghệ của nhiều loại cảm biến khác nhau: động lực kế, gia tốc kế, cảm biến âm học, hay microphone tiếp xúc…

Khi xem xét hay chế tạo một cảm biến, các nhà nghiên cứu và sản xuất cần phải chú ý đến: giá thành, độ phức tạp để lắp đặt và sự vận hành. Để đạt được các tiêu chuẩn ấy, một cảm biến cần phải tận dụng được toàn bộ hệ thống phần cứng mà chúng có, không mang những cấu trúc quá phức tạp như DAQ và phải có băng thông rộng tương đương với chiếc gia tốc áp điện.

Cảm biến ngưng tụ Electret

Chúng ta đang tìm hiểu một giải pháp thay thế cho chiếc gia tốc truyền thống với các thành phần DAQ trong kiểm soát trạng thái máy móc. Chúng ta đã biết đến tính khả thi của việc sử dụng các âm thanh PC cho việc thu thập các dữ liệu băng thông rộng tại các cảm biến Electret truyền thống. Tuy nhiên, hệ thống mới này sẽ có các phản hồi rất khác về tần số so với máy gia tốc thương mại truyền thống trước đó.

Cảm biến Electret phản hồi lại một độ rung khi cảm nhận được bằng cách thay đổi điện dung của chính nó. Cảm biến được sử dụng trong nghiên cứu của các nhà khoa học này là cảm biến Hosiden # KUB2823, mang các đặc điểm quan trọng mà một cảm biến cần phải đáp ứng được. Giá bán lẻ của cảm biến này là 1.10$ khiến chúng đang thu hút rất nhiều sự chú ý của thị trường cảm biến.

Giai đoạn thử nghiệm

Gia tốc kế trục đơn PCB (loại 320 C33, số sê-ri 5901) được gắn chặt trên một chiếc bàn xoay với điểm tham chiếu tương tự như cảm biến electret. Độ nhạy đo được của PCB là 100mV/g. Đây sẽ được coi là định mức để so sánh với cảm biến electret.

Thử nghiệm được tiến hành nhằm xác định giới hạn thấp hơn độ tin cậy của cảm biến. Với gia tốc kế PCB, độ giới hạn này là từ 0 đến 100 Hz. Hình 1 cho thấy trong khoảng từ 0 đến 100 Hz, cả hai cảm biến PCB và electret đều đưa ra các chỉ số như nhau.

Băng thông của gia tốc kế áp điện là 1 đến 4000 Hz (±5%). Vì cảm biến này được dùng để làm định mức đánh giá cho Electret, quang phổ được đánh giá sẽ nằm trong khoảng từ 0 đến - 5000 Hz.

Kết quả

Biên độ không hề ảnh hưởng đến kết quả của các gia tốc kế electret. Do đó tại một tần số nhất định, cảm biến đưa ra các kết quả là như nhau. Những gì mà gia tốc kế electret mang lại không khác nhiều so với gia tốc áp điện. Tuy nhiên nếu để so sánh về mức giá, 1.10$ mang lại một lợi thế cạnh tranh vô cùng lớn cho electret.

Kiểm tra phản ứng của cảm biến Electret và cảm biến điện pioze tại 100 đến 500 Hz

Công nghệ Thông tin

Một trong những lợi ích từ việc sử dụng các cảm biến ổn định, giá cả phải chăng là khả năng có thể thu thập rất nhiều dữ liệu để đánh giá trạng thái thiết bị. Nhưng cho dù có cả núi nguyên liệu mà không thể xử lý hoặc lưu dữ thì cũng là vô nghĩa. Trong đa số các trường hợp, dữ liệu không bao giờ được sử dụng lại. Chưa có nghiên cứu cụ thể nào về vấn đề này trong các máy móc thông minh. Ở các lĩnh vực khác, ngôn ngữ XML được ứng dụng để lưu trữ và chuyển đổi dữ liệu. Ví dụ, WellLogML được dùng trong công nghệ khai thác dầu mỏ trong khi ecgML lại phục vụ đắc lực cho việc lưu dữ liệu điện tâm đồ. Trong thực tế, chưa có công nghệ nào có thể ứng dụng được trực tiếp vào những chiếc máy thông minh, tuy nhiên ý tưởng và nguyên tắc sẽ có thể sớm mang lại những công nghệ thực tế.

Yêu cầu về Công nghệ Thông tin

Để các dữ liệu trở nên hữu ích, định dạng dữ liệu cần phải miêu tả rõ ràng toàn bộ nội dung có trong dữ liệu và có thể được thay đổi mà không hề ảnh hưởng gì đến các dữ liệu đã có. Thêm vào đó, công nghệ cũng phải lưu dữ được càng nhiều thông tin càng tốt để có thể dùng lại cho lần sau.

Các nhà nghiên cứu tại đại học New Hampshire đã nhận ra rằng XML là sự lựa chọn tốt nhất bởi nó đảm bảo được tất cả các yêu cầu trên. Ngoài ra, XML còn là một ngôn ngữ đã quá phổ biến với rất nhiều sách viết và bàn luận về nó, thời gian lập trình bằng ngôn ngữ này cũng có thể được rút ngắn một cách đáng kể. Việc sử dụng XML cũng giúp giảm các bất đồng về việc tổ chức và chia sẻ dữ liệu giữa các nhóm nghiên cứu.

Triển khai

Một vài công cụ được viết bằng MATLAB để tận dụng khả năng vừa đọc được dữ liệu vừa đọc được cấu trúc của các file. Một trong những công cụ được viết bằng ngôn ngữ này là công cụ phân tích Fourier được thiết kế để chỉ ra khoảng thời gian và quang phổ tần số tại cùng một điểm

Bởi XML luôn là công nghệ vượt trội và quá phổ biến, việc lưu các dữ liệu dưới các định dạng file mới là một điều nên làm. Tương tự, việc lập trình bằng ngôn ngữ MATLAB cũng khá thích hợp bởi MATLAB cũng hỗ trợ đọc các file XML.

Tiêu chuẩn cho việc chia sẻ kết quả nghiên cứu

Việc chia sẻ thông tin giữa các nhóm nghiên cứu ở các tổ chức khác nhau là một nhu cầu khá cần thiết. Hiện tại, không có một định dạng tiêu chuẩn nào cho việc trao đổi dữ liệu cảm biến trong các máy. Các đồ thị XML mới được phát triển không thể giải quyết được vấn đề này bởi các đồ thị không thể đưa ra những phân tích chính xác các nội dung cảm biến (mỗi nhóm nghiên cứu có một mục đích khác nhau). Tuy nhiên, vấn đề không quá nghiêm trọng khi mà XML có thể chuyển nội dung file từ đồ thị này sang đồ thị khác. Điều này cũng có thể được thực hiện bằng ngôn ngữ XSLT. Để xác định được đâu là phương pháp thích hợp, cần có thêm các điều tra và nghiên cứu.

Việc sắp xếp các dữ liệu máy móc cũng là một vấn đề khá phức tạp. Lưu trữ dữ liệu trong hệ thống file máy tính với mô hình phân cấp là phương pháp đơn giản nhất, tuy nhiên khó khăn là khi muốn tìm một file nào đó mà người sử dụng lại không biết rõ ràng đường dẫn của nó. Việc sắp xếp bằng tay có thể hữu ích tuy nhiên dễ gặp phải lỗi bởi hệ thống không được tự động hóa. Sử dụng cơ sở dữ liệu XML để lưu trữ dữ liệu máy móc là một giải pháp khá hứa hẹn.

Nghiên cứu về Hệ thống máy móc thông minh mới chỉ được tiến hành tại trường đại học New Hampshire dựa trên việc kết hợp mô hình quy trình máy móc sử dụng các cảm biến ổn định, giá thấp với công nghệ thông tin. Nghiên cứu chi tiết hơn về từng lĩnh vực trong hệ thống vẫn đang tiếp tục được tiến hành và hứa hẹn nhiều kết quả khả quan trong tương lai.