Czujniki ruchu, które wykrywają ruch ludzi i obiektów, stały się integralną częścią współczesnego życia. Znajdujemy je w smartfonach, urządzeniach do noszenia, zestawach słuchawkowych AR/VR i systemach nawigacji. Zastosowanie tych czujników stale się rozwija, pomagając użytkownikom poruszać się po zatłoczonych środowiskach miejskich, ulepszając wciągające wirtualne doświadczenia i śledząc cele fitness. Wraz z postępem technologicznym rośnie jednak zapotrzebowanie na czujniki, które zapewniają wyższą precyzję, szybsze reakcje i większą wydajność.

Nowy czujnik SmartMotion® PositionSense™ firmy InvenSense należącej do Grupy TDK, odpowiada na to zapotrzebowanie. Jest w nim zastosowana rewolucyjna technologia magnetorezystancji tunelowej (TMR) i łączy 6-osiową inercyjną jednostkę pomiarową (IMU) z 3-osiowym magnetometrem, umożliwiając niezawodne i energooszczędne wykrywanie ruchu.

Dotychczasowe potrzeby i problemy związane z czujnikami ruchu

Czujniki ruchu wprowadziły znaczące zmiany w naszym życiu, od nawigacji po ulicach miast po sterowanie dronami. W smartfonach są na przykład używane przez aplikacje do nawigacji, służą także do śledzenia kroków, a nawet orientacji ekranu. Systemy AR/VR wykorzystują z kolei precyzyjne śledzenie ruchu do tworzenia realistycznych, wciągających doświadczeń. W miarę jak aplikacje te stają się coraz bardziej zaawansowane, użytkownicy wymagają czujników o większej dokładności, niższym zużyciu energii i szybszej rekalibracji. Tylko czujniki z takimi cechami mogą sprostać potrzebom i wymaganiom użytkowników. Wraz z rozwojem rynku pojawiły się nowe wyzwania opisane poniżej.

Wyzwania związane z technologią czujników ruchu

1. Zakłócenia magnetyczne

Magnetometry są bardzo wrażliwe na pola magnetyczne pochodzące z ładowarek, akumulatorów i innych akcesoriów. Zakłócenia te mogą zniekształcać odczyty i wymagać ponownej kalibracji, która często jest czasochłonna.

2. Dryft i ponowna kalibracja

Czujniki ruchu mogą z czasem akumulować drobne błędy, prowadząc do błędów znanych jako dryft.^*1 Do skorygowania tych błędów niezbędna jest ponowna kalibracja, ale proces ten jest często zasobochłonny i zwiększający zużycie energii.

3. Wysokie zużycie energii

Wiele czujników ruchu zużywa znaczne ilości energii. Może to skrócić żywotność baterii. Potrzebny jest kompromis między rozmiarem baterii a cechami użytkowymi aplikacji, szczególnie takich, jak urządzenia do noszenia.

PositionSense™ i jego innowacyjna technologia

PositionSense™ integruje 6-osiowy IMU z czujnikiem TMR

Firma TDK opracowała PositionSense™, innowacyjny system wykrywania ruchu spełniający ostre wymagania. Jako 9-osiowy system czujników, PositionSense™ składa się z dwóch chipów, które łączą 6-osiową jednostkę IMU z 3-osiowym magnetometrem, zapewniając precyzyjne śledzenie ruchu, natychmiastową rekalibrację i najlepszą w swojej klasie wydajność energetyczną. Kluczowe znaczenie mają tu dwie technologie: Technologia TMR i ulepszony wbudowany cyfrowy procesor ruchu (eDMP).^*2 Dzięki ich zastosowaniu PositionSense™ osiąga dokładniejsze i efektywniejsze wykrywanie ruchu, w wyniku czego oczekuje się, że zostanie przyjęty do szerokiej gamy zastosowań.

・ Technologia magnetorezystancji tunelowej (TMR)

W porównaniu z wcześniejszymi technologiami, takimi jak czujniki Halla i technologia magnetorezystancji anizotropowej (AMR), TMR oferuje niższe zużycie energii, wyższą czułość i lepsze parametry szumowe.  Zalety te umożliwiają PositionSense™ dostarczanie dokładnych danych o kierunku i orientacji przy minimalnym zużyciu energii, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla urządzeń zasilanych bateryjnie.

・ Ulepszony wbudowany cyfrowy procesor ruchu (eDMP)

eDMP realizuje kluczowe funkcje, takie jak kalibracja i integracja danych z IMU i magnetometru. Obsługując te zadania wewnętrznie, PositionSense™ zmniejsza obciążenie centralnego procesora urządzenia, poprawiając ogólną wydajność i zwalniając zasoby systemowe dla innych aplikacji.

Czujnik TMR dla magnetometru

Jako magnetometr czujnik TMR może wykazać się większą dokładnością i niższym zużyciem energii niż wcześniejsze czujniki

PositionSense™ zmienia codzienne doświadczenia

PositionSense™ został zaprojektowany w celu sprostania praktycznym wyzwaniom w różnych zastosowaniach i oczekuje się, że poprawi wydajność i użyteczność różnych obecnie używanych urządzeń.

・ Smartfony

Nawet w obszarach miejskich o słabym sygnale GPS lub zakłóceniach powodowanych przez pola magnetyczne, PositionSense™ zapewnia natychmiastową ponowną kalibrację i precyzyjne oszacowanie kursu, gwarantując dokładną nawigację.

・ Zestawy słuchawkowe AR/VR

PositionSense™ minimalizuje dryft dzięki dokładnemu śledzeniu ruchu i zapewnia dokładne śledzenie głowy i kontrolera zapewniając płynne działanie. Ponadto niski pobór mocy PositionSense pozwala użytkownikom cieszyć się długim czasem pracy.

・ Wearables

PositionSense™ zapewnia wartość w aplikacjach, które kładą nacisk na bezpieczeństwo, takich jak monitorowanie lokalizacji dziecka w zatłoczonym miejscu i wykrywanie upadków osób starszych.

・ Słuchawki douszne True Wireless Stereo (TWS)

Słuchawki douszne TWS wykorzystują technologię PositionSense™ do dokładnego śledzenia ruchów głowy użytkownika i orientacji podczas grania w gry, odbierania połączeń lub oglądania filmów. Poprawiają one precyzję dźwięku przestrzennego i wrażenie uczestniczenia w odsłuchiwanym wydarzeniu.

Nowe możliwości

To jeszcze nie wszystko. Dzięki wykorzystaniu innowacyjnych technologii PositionSense™ otwiera drzwi do wielu nowych zastosowań i branż. Wykrywanie ruchu będzie kluczową technologią umożliwiającą implementację coraz bardziej zaawansowanych funkcji.

・ Systemy nawigacyjne

PositionSense™ mogą dostarczać precyzyjnych informacji o kierunku poruszania się dla pojazdów, urządzeń do noszenia, a nawet autonomicznych robotów, zwiększając dokładność nawigacji.

・ Opieka zdrowotna

Urządzenia do noszenia wyposażone w PositionSense™ umożliwią dokładniejsze śledzenie aktywności i wykrywanie upadków, zwiększając bezpieczeństwo w placówkach opieki zdrowotnej i opieki pielęgniarskiej.

・ Automatyka przemysłowa i robotyka

Wykorzystanie precyzyjnego śledzenia ruchu PositionSense może poprawić wydajność produkcji i logistyki.

・ Urządzenia peryferyjne do gier, elektronarzędzia i urządzenia IoT

PositionSense™ rozwiązuje ograniczenia konwencjonalnych czujników, umożliwiając programistom wprowadzanie innowacji bez kompromisów.

– Opracowanie PositionSense™ było złożonym procesem, który wymagał zrównoważenia precyzji, wydajności i zdolności adaptacyjnych, aby sprostać różnorodnym wymaganiom nowoczesnych aplikacji. Jednym z naszych największych wyzwań było osiągnięcie płynnej rekalibracji w środowiskach o dużych zakłóceniach magnetycznych, na przykład powodowanych przez ładowarki bezprzewodowe lub inne akcesoria. Integrując zaawansowaną technologię TMR i oprogramowanie do kalibracji w chipie, pokonaliśmy te przeszkody, dostarczając rozwiązanie, które działa niezawodnie w rzeczywistych warunkach i wyznacza nowy punkt odniesienia dla wydajności energetycznej Patrząc wstecz na rozwój PositionSense™ – skomentowała Rosa Chow, wiceprezes ds. inżynierii oprogramowania w InvenSense, firmie należącej do Grupy TDK.

Rozwiązanie czujników 9-osiowych TDK PositionSense — IMU + TMR + oprogramowanie do wykrywania orientacji bezwzględnej

Słowniczek

Dryft – zmiany wskazań czujnika postępujące w czasie, wynikające z takich czynników jak zmiany temperatury, ciśnienia powietrza i pola magnetycznego.

eDMP – wbudowany procesor umożliwiający bardziej wydajne przetwarzanie danych przez czujniki ruchu. Procesor ten pełni też ważną rolę w zmniejszaniu obciążenia głównego procesora urządzenia, zmniejsza zużycie energii i poprawia szybkości reakcji.