Людина відчуває навколишній світ, реагує на його різноманітність. Природа наділила живі організми великою кількістю чутливих органів, які сучасною науковою мовою прийнято називати сенсорами. Людина має, за теперішніми уявленнями фізіологів, сім типів сенсорів. Однак деякі тварини, комахи й навіть рослини мають досконаліші й більш чутливі сенсори до певних зовнішніх факторів. Загальновідома висока чутливість собак до запахів, підземних тварин до землетрусів, перелітних птахів до магнітного поля, здатність сов та деяких тварин до бачення в інфрачервоному світлі, чутливість до надвисокочастотних звукових сигналів дельфінів, кажанів, деяких комах тощо.
Існує й безліч інших зовнішніх дій, які недоступні для наших природних сенсорів. Це, наприклад, електромагнітні сигнали радіо-, телевізійного та надвисокочастотного діапазону, які наші органи чуття не сприймають, але які людство з успіхом освоїло, створивши відповідні передавачі та приймачі. Адже радіоприймач так само є сенсором: спершу радіохвилі індукують струм в антені, а потім цей струм посилюється і з нього видобувається закодований корисний акустичний сигнал (музика чи мова диктора).
У певному розумінні кожен сенсор діє саме так: спершу означений фізичний чи хімічний ефект «сигналізує» про наявність певного зовнішнього чинника, а потім сигнал від ефекту посилюється й обробляється. Важливо лише знайти ефект, чутливий саме до того чинника, який нас цікавить, а потім забезпечити на виході якісний сигнал, який однозначно «говорить» про те, що ж відбувається. Часом це досить складно: наприклад, коли потрібно сконструювати систему, яка реагує лише на певний газ, як-от вибухонебезпечний метан, а інших «не помічає». Але науковці з інженерами навчилися створювати десятки тисяч різних сенсорів, які реагують саме на потрібні для них збудники.
Однак створення великої кількості сенсорів навіть щодо звичайних для людини факторів все ще є проблемою. Серйозні проблеми висуває й необхідність автоматизації різних видів виробництв, коли під час певних операцій украй важливо максимально точно контролювати часові й просторові координати, визначати значення фізичних величин — тиску, температури, лінійних і кутових переміщень тощо. А виробництва хімічної, нафтогазової, видобувної, переробної та інших галузей потребують точної інформації про наявність (чи відсутність) тих або інших речовин і сполук, про їхні концентрації. Особливо це важливо щодо речовин вибухонебезпечних чи токсичних (згадаймо лише проблему наявності метану в шахтах, «оплачену», на жаль, численними життями гірників).
При цьому потрібно отримувати цю інформацію в реальному масштабі часу й без викривлення передати в інформаційні системи, які її обробляють, або ж в інтелектуальні системи, які здійснюють аналіз цієї інформації й виробляють варіанти прийняття управлінських рішень.
Тому існує гостра необхідність у створенні широкої номенклатури сенсорів (датчиків) по суті нового покоління, які б відповідали якісно новим вимогам, головною з яких є якісний первинний сигнал.
Створенням досконалих сенсорів займається важлива галузь науки і техніки — сенсорна індустрія. У створення кожного сенсора вкладено «інтелектуальний капітал»: адже кожен сучасний сенсор використовує комплекс фізичних і технічних процесів, включає електронну обробку сигналу та його виведення на детекторну систему у вигляді світло- чи радіосигналу.
Спирається ця індустрія на досягнення української напівпровідникової науки, біля джерел якої стояв академік Вадим Лашкарьов, учений «нобелівського» рівня, який ще 1941 року відкрив так званий p-n-перехід, що дотепер лежить в основі роботи майже всієї сучасної електроніки. Ім’я вченого має створений ним Інститут фізики напівпровідників НАН України. В Україні що два роки відбуваються авторитетні конференції з фізики напівпровідників, в організації яких, окрім академічних інститутів та університетів, беруть активну участь і такі громадські структури, як Українське фізичне товариство й Академія наук вищої школи України.
Водночас на базі Одеського національного університету імені І.Мечникова регулярно проводиться Міжнародна конференція «Сенсорна електроніка та мікросистемні технології» (СЕМСТ), у програмному комітеті якої представлені провідні фахівці з багатьох країн світу. Наступного року вона пройде вже вп’яте. Результати розвитку сенсорної тематики регулярно висвітлює науковий журнал «Сенсорна електроніка та мікросистемні технології».
Українські вчені та інженери активно беруть участь у дослідженнях і практичній розробці мікро- та наноелектронних датчиків та інтелектуальних систем. Їхні досягнення були узагальнені в фундаментальній роботі «Створення мікроелектронних датчиків нового покоління для інтелектуальних систем» (автори — Ярослав Лепіх, Юрій Гордієнко, Сергій Дзядевич, Анатолій Дружинін, Анатолій Євтух, Сергій Лєнков, Володимир Мельник, Володимир Романов — представляють наші провідні університети, інститути НАН, галузеві установи). Ця робота підсумовує матеріали понад 400 публікацій, зокрема й у провідних міжнародних виданнях із високим імпакт-фактором. Окремі її частини було підтримано міжнародними грантами за програмами INTAS, INCO-COPERNICUS, Сьомою рамковою програмою ЄС тощо. Сьогодні цю роботу представлено на здобуття Державної премії України в галузі науки і техніки 2011 року.
Серед близько 50 нових типів датчиків, створених авторським колективом, є зокрема й біосенсори — гібридні аналітичні системи на стику «живого» і «неживого», які мають високу чутливість і селективність до певних важливих для живого організму метаболітів. Біосенсори дають можливість досліджувати біохімічні процеси в живих організмах у реальному масштабі часу й після певної обробки інформації передавати її по радіоканалу на великі відстані, відображати на дисплей персонального комп’ютера тощо. Біосенсори можуть застосовуватися не тільки в медицині, а й у харчовій промисловості, в системі моніторингу навколишнього природного середовища (де вони ефективно виявляють небезпечні забруднення повітря й води).
Важливо згадати, що «піонером» дослідження біосенсорів в Україні був учень Вадима Лашкарьова, засновник і перший президент АН вищої школи України професор Віталій Стріха, який ще 1988 року опублікував великий огляд на цю невідому тоді ще в нас тематику в журналі «Вісник АН УРСР» й упродовж 1990-х, аж до своєї передчасної смерті, підтримував справжній «науковий міст» Україна — Франція.
Тож закономірно, що отримані українськими вченими результати вилилися в замовлення на конкретні прилади й системи, зокрема на портативну інтелектуальну систему «Флоратест». Ми вміємо не лише пропонувати ідеї нових сенсорів, а й утілювати їх у життя.
Варто визнати: за певними напрямками, як-от за графеновою тематикою, що нині інтенсивно розвивається в усьому світі, ми суттєво відстаємо. А тим часом саме від графену — моноатомного шару вуглецю, з впорядкованими в шестикутні «стільники» атомами, вперше отриманого на діелектричній підкладці 2004 року, — очікують нових «проривних» результатів у сенсориці. Адже графеновий сенсор мікронних розмірів здатний «відчути» одну-єдину молекулу певного газу! Астрономічна вартість перших зразків графену доводила до того, що в цій сфері в Україні могли працювати лише теоретики.
Але поява у світі упродовж двох останніх років «дешевого» графену на основі масового виробництва відкриває шанси й для наших експериментаторів. А торішнє «нобелівське» визнання відкривачів графену Андре Гейма й Кості Новосьолова посилило увагу до «графенових» досліджень в усьому світі, зокрема й в Україні. В цьому контексті варто згадати, що ще наприкінці 1980-х Володимиром Литовченком і його колегами було отримано результати, які не лише становлять важливу сторінку «передісторії» графену, а й сьогодні можуть підказати шляхи створення реальних графенових транзисторів!
Виробництво «серійних» сенсорів масового споживання є сьогодні відносно «дешевим» порівняно з іншими галузями сучасної електроніки, що використовують ультрадорогі сучасні технології (на які в Україні фатально бракує серйозних інвесторів). Отже, це виробництво, що вже успішно розвивається в Україні (вимагаючи реальних, на наші сьогоднішні мірки, інвестицій), може стати ефективним шляхом у наукоємне майбутнє держави, потягнувши за собою, як локомотив, інші галузі електроніки.
Принаймні, всі необхідні передумови для цього ми сьогодні маємо. Уточнимо — все ще маємо, бо останні тенденції скорочення фінансування науки, згортання перспективних державних програм (як-от з виробництва кремнію для сонячних батарей) оптимізму не викликають.
