Сенсорний інтелект

Учені Національного університету «Львівська політехніка» розробили і підготували до випуску унікальний мікроелектронний датчик для нафтогазових свердловин.

Разом із сімома іншими провідними університетами та науковими установами НАН України, які ведуть дослідження в галузі розробки мікроелектронних датчиків для інтелектуальних систем, цю роботу висунуто на здобуття Державної премії України в галузі науки і техніки.

Лабораторія сенсорної елект­роніки науково-дослідного центру «Кристал» при кафедрі напівпровідникової електроніки Національного університету «Львівська політехніка» є єдиною в Україні установою, де розроблено технологію вирощування напівпровідникових ниткоподібних кристалів (НК) і структур «кремній-на-ізоляторі». На їхній основі тут ведуться роботи зі створення сенсорних вимірювачів фізичних величин. Як стверджують львівські науковці, НК кремнію, германію та їх твердих розчинів є ідеальною елементною базою для виготовлення високочутливих і швидкодіючих приладів вимірювання тиску, деформацій, прискорень, зусиль, переміщень, різниці температур, вологості, параметрів атмосфери. Їм властиві унікальні механічні характеристики, вони здатні працювати в різноманітних амплітудно-частотних і температурних інтервалах.  

Винайдені в НДЦ «Кристал» мікроелектронні датчики стали основними елементами, що визначають економічні, експлуатаційні та метрологічні характеристики інформаційно-вимірювальних інтелектуальних систем. Частину з них уже впроваджено в серійне виробництво, деякі застосовуються також у технологіях військового призначення. Остання розробка львівської лабораторії сенсорної електроніки — первинний перетворювач тиску й температури для геологорозвідувальних та бурових робіт, призначений для комплектації глибинного приладу діагностування обсадних колон у нафтогазових свердловинах. Електронна схема, яка є складовою частиною датчика, виконує функції температурного коректора вхідного й вихідного сигналів перетворювачів тиску та температури.

— Принцип дії сенсора тиску  базується на використанні п’єзорезистивного ефекту в напівпровідниках, у нашому випадку — у кремнії, — розповідає автор розробки,  професор, доктор технічних наук, завідувач кафедри напівпровідникової електроніки НУ «Львівська політехніка» Анатолій Дружинін. — У датчиках використо­вуються тензорезистори з високим коефіцієнтом тензочутли­вості, що робить прилад знач­но ефективнішим у порівнян­ні з датчиками з фольговими або плівковими тензорезисторами. Розроблена в нашій лабораторії конструкція  із застосуванням спеціальних матеріалів   розширює діапазон робочих температур  до +300°С.

Мікроелектронний сенсор львівських учених справді міні­атюрний — лише 42 х 93 мм. Живиться датчик від  напру­ги 5 В, може працювати за температури від 0 до +125°С і вимірювати тиск у діапазоні­ ­ 0 — 100 МПа. Польові випробування прилада, проведені  НДЦ «Кристал» спільно з відділенням Державного геологорозвідувального інституту на нафтогазоносних полях Полтавщини, показали його високу точність і здатність вимірювати як статичні, так і динамічні тиски в широкому амплітудно-частотному діапазоні.

Досягнення останніх ро­ків фахівців «Львівської полі­техніки» в галузі сенсорної електроніки узагальнено у фундаментальній науково-прикладній праці «Створення мікроелектронних датчиків нового покоління для інтелектуальних систем». Вона підсумовує матеріали понад 400 публікацій, зокрема й у провідних міжнародних виданнях із високим імпакт-фактором. Цю роботу, окремі частини якої підтримані міжнародними грантами за програмами INTAS, INCO-COPERNICUS, Сьомої рамкової програми ЄС, і висунуто на здобуття Державної премії України Одеським націо­нальним університетом ім. І. І. Мечникова.

З-поміж близько 50 інших розробок нових типів датчиків, що висуваються на Державну премію, є, наприклад, портативна інтелектуальна система «Флоротест», виготовлена­ в Інституті кібернетики ім. В. Глушкова НАН України. Вона може контролювати вологість ґрунту виноградників лише дотиком сенсора до лози. Собівартість зарубіжного аналога цього приладу — 24 тис. євро, а «Флоротеста», значно меншого­ за розмірами, — лише $200.

Або ще одна розробка — так званий «штучний ніс» для визначення свіжості продуктів. Цей інтелектуальний продукт Інституту фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова НАН України здатний зафіксувати одну молекулу сірководню серед мільйона інших.