Zintuigen en sensoren#
Zintuigen#
Sensoren spelen een belangrijke rol bij Physical Computing. Sensoren kun je vergelijken met zintuigen. Levende organismen, of het nu eencelligen of mensen zijn, nemen hun omgeving waar met behulp van zintuigen. Computers kunnen daarvoor worden toegerust met sensoren. Er is een grote verscheidenheid aan sensoren maar ze vervullen in het algemeen dezelfde functie als de zintuigen van een mens of dier. Sommige sensoren kunnen meer dan onze zintuigen, zoals infrarood- of röntgenstraling waarnemen. De meeste sensoren zijn echter beperkter dan onze zintuigen en soms zijn er verschillende soorten sensoren nodig om de werking van één van onze zintuigen te evenaren. Omdat we zo vertrouwd zijn met onze zintuigen, nemen we vaak aan dat de sensoren van een computer op identieke wijze werken. Dit is om vele redenen niet waar. Bijvoorbeeld: de afhandeling van ruwe data van een geluidssensor kan leiden tot de detectie van geheel andere verschijnselen dan mensen met hun oren zouden kunnen horen. Bovendien worden onze waarnemingen sterk beïnvloed door de associaties die ons brein aan deze waarnemingen koppelt. Het bekende “gezichtsbedrog” is daar bijvoorbeeld een gevolg van.
Bron: NLT module Robotica
Krekels, vissen en vleermuizen hebben iets gemeen. Ze kunnen waarnemen met haartjes, de gevoeligste sensoren in het dierenrijk. Allerlei wetenschappers zoeken uit hoe die werken, en proberen natuurlijk de zintuigen na te bouwen.
George Jeronimides is een van de vele wetenschappers die zich bewonderend uitlaat over de “zijlijn”, een zintuig waarmee vissen minieme drukverschillen in het water kunnen waarnemen. Dat verklaart hoe een school vissen zich kan verplaatsen alsof het maar één dier is. Aan de universiteit van Tours bestudeert Jérome Casas het achtereind van krekels. Met de nog net zichtbare haartjes die daar zitten, kunnen de diertjes bewegingen in de lucht zo goed waarnemen, dat een aanvallende spin alleen kans maakt als hij óf tergend langzaam, óf bliksemsnel op zijn prooi afgaat.
Fig. 2 Vissen detecteren watertrillingen met hun zijlijnorgaan#
Gijs Krijnen laat aan de Universiteit Twente een technisch hoogstandje zien: een batterij haartjes die wel wat lijken op de uitsteeksels waarmee een krekel hongerige spinnen ontmaskert.
“De eerste werkende sensoren, daarvan heb ik geprobeerd te berekenen hoeveel beter of slechter ze zijn dan die van de krekel”, vertelt hij. “En mijn eerste inschatting is dat ze een factor honderdduizend slechter zijn.” Er valt dus nog wel wat te verbeteren. Want: “Uiteindelijk wil je natuurlijk net zo goed als die echte krekel zijn.”
Vleermuizen hebben zintuigharen in hun oren, net als mensen trouwens. Maar anders dan wij vormen zij zich een beeld van hun omgeving met de geluiden die ze daarmee oppikken. Die geluiden maken de vleermuizen zelf. Je kunt ze met het menselijke oor niet horen. Het uitzenden van geluid en het met het terug opgevangen geluid de omgeving (in het donker) waarnemen heet echolocatie.
Rolf Müller vangt vleermuizen in een grot in Vietnam en bestudeert ze om precies vast te leggen hoe hun oren werken. In Antwerpen gebruikt Herbert Peremans die onderzoeksresultaten om een elektronische vleermuis te maken. Een robot die echolocatie gebruikt om objecten te herkennen. Dat lukt al een beetje, maar het komt nog niet in de buurt van de precisie die vleermuizen hebben om een mugje achteloos uit de lucht te plukken.
Fig. 3 Een opstelling om echolocatie van vleermuizen te imiteren#
Bron: NLT-module Leven met Robots
Bij de TU Delft wordt veel onderzoek gedaan naar robots. Hieronder vind je een link naar een website waar verschillende robots worden beschreven, bijvoorbeeld een robot die kaas maakt en een mechanische bartender.
Sensoren#
De meeste sensoren zijn elektrisch of mechanisch uitgevoerd; softwarematige en ‘virtuele’ sensoren zijn ook mogelijk. Sensoren zijn als zintuigen voor machines. Een machine automatiseren zonder sensoren is ondenkbaar. De toepassing kan variëren van eenvoudige aanwezigheidscontrole tot positionering, afstandsmeting, kleurcontrole enzovoort. Door het gebruik van sensoren kan ook de afwerking van de producten en de snelheid van productie zo optimaal mogelijk gemaakt worden. Eén van de meest voorkomende toepassingen is aanwezigheidsdetectie van objecten. Dit kan verwezenlijkt worden met onder andere optische sensoren en lasersensoren. Als een stilstaande robot (armrobot, spuitrobot.) al zo veel sensoren nodig heeft, hebben robots die zich voortbewegen (waaronder androïde robots) al helemaal veel sensoren nodig. Met een sensor neemt een robot de omgeving waar en kan er informatie verzameld worden waarmee processen worden.
Een sensor meet een natuurkundige grootheid. Sensoren zetten een elektrisch of niet-elektrisch signaal om in een elektrisch signaal voor verdere bewerking. Je noemt het omzetten van signalen: transductie. Een voorbeeld daarvan is het omzetten van het geluidssignaal door een sensor in een elektrisch signaal, zoals bij een microfoon gebeurt. Sensoren kunnen voor verschillende signalen gevoelig zijn: denk aan mechanische verschijnselen zoals druk en trek, straling zoals licht en warmte, magnetische verschijnselen en chemische verschijnselen.
Sensoren worden onder andere gebruikt om de volgende zaken in de omgeving waar te nemen:
Temperatuur (thermometer)
Druk (bloeddrukmeter)
Debiet (gasmeter in de meterkast)
pH (pH meter van biologie)
Niveau (radar)
Nabijheid (automatische deuren van de supermarkt)
Gewicht of kracht (weegschaal)
Geleidbaarheid
Magnetisch veld
Elektrisch verbruik
Richting
Helling
Chemische samenstelling
Hoogte
Afstand met een afstandssensor
Verplaatsing
Beweging - met bewegingssensoren
Beeld met een beeldsensor
Lichtmeting (intensiteit)
Lichtmeting (golflengte)
Bron: NLT-module Leven met Robots
Sensoren in een mobiele telefoon#
Vraag 5 - Sensoren in je mobiele telefoon
Probeer te achterhalen welke sensoren allemaal in jouw mobiele telefoon zitten. Grote kans dat het er meer dan 10 zijn.
Een mobiele telefoon heeft allerlei sensoren. Bekijk de onderstaande bron om te zien welke sensoren er allemaal in een telefoon kunnen zitten.
Smartphone sensoren: hét complete overzicht van alle mogelijkheden
Vraag 6 - Kwaliteit van de sensoren in je telefoon
Geef voor de volgende sensoren aan met welke nauwkeurigheid deze sensoren werken. Neem je eigen telefoon als uitgangspunt, zoek zelf de informatie daarover:
a) camera
b) GPS-antenne
c) kompas