Polvo inteligente: el polvo ya es lo suficientemente inteligente como para ayudar a una persona. ¿Qué es el polvo inteligente y cómo su propagación cambia el mundo que nos rodea? Polvo inteligente

IPLIT RAS y el Laboratorio de Investigación Intelectual "LINTECH" están desarrollando tecnología distribuida redes de sensores (RSS). El Director General de LINTECH LLC habla de lo realista que es para nuestro país dar un salto sin precedentes en el desarrollo de la industria RCC. Yuri Aurenio.

Desafortunadamente, hay sectores estratégicamente importantes del progreso tecnológico en los que Rusia, durante los períodos de la perestroika, el caos de los años 90 y el establecimiento de la estabilidad política a principios del siglo XXI, quedó irremediablemente por detrás de Occidente y del potencial en rápido crecimiento de Los tigres asiáticos.

Entre estas áreas de la ciencia se encuentran la microelectrónica, la cibernética técnica, la robótica y muchas otras áreas que son la base para la transición de las economías de los países a la industria de quinto orden tecnológico. Particularmente digno de mención es el desarrollo de las tecnologías de las telecomunicaciones y la comunicación, de las que depende en gran medida la eficiencia de la gestión y la calidad del control de las instalaciones de producción más importantes, así como de todo el complejo de las denominadas instalaciones de producción. Economía nacional.

Vale la pena admitir que Estándares wifi y Bluetooth, que percibimos como avanzado y más medios eficaces Las comunicaciones están lejos de ser las más modernas y confiables. Cada vez se introducen más en el uso práctico masivo en todo el mundo. Redes de sensores distribuidos (DSN), listos para funcionar como "polvo inteligente": se organizan de forma independiente en una única red inteligente y controlan apartamentos, edificios residenciales, ciudades enteras e incluso continentes en función de miles de parámetros objetivo.

Son decenas de veces más fiables que las redes inalámbricas existentes y permiten la creación de sistemas para resolver automáticamente una amplia gama de tareas vitales prácticamente sin intervención humana. Hoy todavía existen posibilidades de llenar este vacío creado por el hombre y empujar a Rusia al último vagón del tren de innovaciones avanzadas en el campo de las telecomunicaciones inalámbricas.

El proyecto más prometedor para el desarrollo de chips domésticos del estándar ZigBee. y software para su aplicación activa en diversos campos se puede llamar el equipo del Instituto de Láser y tecnologías de la información RAS (Shatura) y el Laboratorio de Investigación Intelectual "LINTECH". El Director General de LINTECH LLC habla de lo realista que es para nuestro país dar un salto sin precedentes en el desarrollo de la industria RCC. Yuri Aurenio.

─ Yuri, cuéntanos, como dicen en los dedos, ¿cuál es la peculiaridad de esta tecnología? Las redes de sensores suenan un poco a ciencia ficción...

─ Sería mejor que le dijera nuestro director técnico, Igor Voronin, que es uno de los principales expertos en Rusia en el campo de RSS. Las redes de sensores tienen muchas características y ventajas. Quizás haya dos principales: los módulos de red de sensores ubicados aleatoriamente se organizan instantáneamente de forma independiente en una sola red. Y la segunda es que Wi-Fi y Bluetooth se construyen con tecnología "estrella": aquí es cuando un punto se distribuye a todos. configuración de la red y se le conectan otros dispositivos "secundarios", y la red según el estándar ZigBee es capaz de convertirse en una red mixta, que a su vez forma una estructura con conexiones aleatorias. La red de sensores es MESH. Visualmente no representa una estrella (“punto-multipunto”), sino una red de pesca, es decir, cada elemento de dicha red interactúa con muchos elementos vecinos, formando la conexión necesaria. Esto garantiza una fiabilidad significativamente mayor en la transmisión de datos. Cuantos más participantes haya, mayor será la fiabilidad de la transmisión de datos. La red puede perder hasta el 40% de los dispositivos activos, manteniendo su funcionalidad básica. El ámbito de aplicación es prácticamente ilimitado: desde electrodomésticos comunes hasta sistemas serios de monitorización y soporte vital.

Pero conectar módulos del mismo estándar en una red no es la tarea más difícil. Esto sucede automáticamente. Pero claro, cada una de estas redes tiene diferentes requisitos: algunas necesitan transmitir datos con frecuencia desde los puntos al centro, otras, una vez cada hora, otras tienen la garantía de transmitir datos con una duración determinada y otras pueden tener la tarea de encenderse una vez. un año durante un incendio y transmitir datos, y "dormir" el resto del tiempo; debe haber un rendimiento máximo de la red sin reemplazar las baterías. Diferentes problemas se resuelven mediante diferentes requisitos de red. Esto da lugar a diferentes protocolos y algoritmos para la interacción de los componentes de la red: cómo "despertar" simultáneamente a todos los sensores, transmitir información y luego volver a dormirse, para no desperdiciar energía preciosa en este caso. O, por el contrario, según qué esquema deben encenderse y ponerse en modo de suspensión para tener la garantía de recopilar y transmitir datos al nodo central de recopilación y procesamiento de datos.

La red consta de nodos, los llamados. derrochadores Cada nodo es un dispositivo de software y hardware, que es un transceptor, un chip principal (microprocesador) que procesa comandos, una fuente de alimentación autónoma moderna y algún tipo de sensor. Si no lo sabes, un sensor, en ruso, es un sensor. Se pueden conectar varios sensores diferentes a cada una de estas motas. Cuantos más sensores conectemos a un nodo, más parámetros diferentes podremos medir, pero al mismo tiempo aumenta el consumo de energía de la batería. Los sensores suelen ser estándar. Se trata de medidas de temperatura, presión, humedad, iluminación, vibración, ruido, posición en el espacio (inclinómetros), número de revoluciones (codificadores), radiación, monóxido de carbono (CO/CH). Además de los sensores, también se pueden instalar actuadores controlados. Entonces cada nodo de la red comienza a funcionar como " casa inteligente- recopila la información necesaria y la transmite para su procesamiento, luego recibe una señal de control "del centro" y la envía al actuador para su procesamiento. Y sin cables ni dudas sobre la fiabilidad del sistema.

Los sensores también pueden diseñarse especialmente. Pero en este caso el coste de la unidad aumenta considerablemente. Como regla general, para construir una red se utilizan docenas de nodos; intentan usar sensores estándar. Son más baratos debido a su producción en masa, reparables o reemplazables rápidamente; lo principal es que cumplan con los parámetros requeridos. La red tiene coordinadores: motas más inteligentes que realizan las funciones básicas de sincronización de la red; cuando se encienden, sondean todos los dispositivos disponibles y construyen una red basada en ellos. Hay nodos intermedios: repetidores o enrutadores. Y el tercer nivel son los dispositivos finales. Los sensores están conectados a ellos. A través de repetidores se construye una red a través de la cual los datos recopilados se transmiten en paquetes y todos fluyen hacia un único punto de recopilación. La distancia entre dispositivos, por regla general, actualmente no supera los 100 metros. Aunque los chips ya han sido desarrollados y están a la venta, se comunican entre sí a una distancia de hasta 1 km. Es cierto que al mismo tiempo debe comprender que si la señal recorre una distancia mayor, esto significa que habrá un mayor consumo de batería y la red consumirá energía más rápido. Existen sistemas operativos especiales para redes de sensores: TinyOS, y todo el desarrollo se suele realizar en lenguaje C, para sistemas operativos similares a Linux.

─ ¡Guau! Con la ayuda de una red de este tipo, ¿resulta que es posible controlar espacios enormes?

─ ¡De lo contrario! Si, por ejemplo, colocas 64 mil fichas a una distancia de 1 kilómetro, la primera y la última volverán a estar a una distancia de 1 km. Porque así daremos la vuelta al mundo entero. Es cierto que nadie ha realizado todavía experimentos globales de este tipo, pero en Inglaterra, por ejemplo, ya se utiliza una red de sensores para controlar el alumbrado público.

─ ¿Tienes ya algo que mostrar con un ejemplo práctico?

─ Hoy ya tenemos varios proyectos en fase de operación de prueba. Por ejemplo, un proyecto en el campo de la vigilancia industrial. En el territorio de Shaturskaya GRES No. 5, se desplegó una red RSS para realizar el control térmico en la línea de recirculación de las bombas de alimentación de los bloques No. 1-6. La temperatura de la tubería en el área de estudio es de 230°C en condiciones normales. La precisión de la medición es de 5 a 10 grados y las mediciones se toman cada 10 segundos. Este seguimiento tecnológico es posible no sólo en las empresas energéticas, sino también en las salas de calderas urbanas, en los cuadros eléctricos y en la producción de productos químicos, ya que los RSS tienen ventajas: instalación rápida, simplicidad y facilidad de mantenimiento.

Prestamos gran atención al uso de redes de sensores en el sistema de vivienda y servicios comunales. Ya nos estamos desarrollando en varias ciudades y pueblos de cabañas Región de Moscú. Considero que esta dirección de desarrollo es la más prometedora, quizás junto con los sistemas de alarma y seguridad. Obviamente, utilizando RSS se puede realizar un seguimiento de ascensores e ingeniería de todos los sistemas de vivienda y servicios comunales de la ciudad, así como organizar la gestión de todos dispositivos tecnicos Se han implementado edificios residenciales y administrativos, recopilación de datos de los dispositivos de medición necesarios para la emisión de facturas, todo tipo de sistemas de alarma (antirrobo, incendio) y seguridad (botones de pánico, llaveros), etc. Es muy importante que el sistema de ingeniería interno, basado en el PSS, ayude en caso de accidentes o fugas en modo automatico cierre la válvula de tres vías y al mismo tiempo informe al despachador de turno sobre la ubicación de la fuga, evitando así una fuga de agua de emergencia de la tubería. También es posible controlar la ventilación, la humedad y la temperatura de las habitaciones. Si estos sistemas funcionan bien, las pérdidas son mínimas, la configuración es flexible para cada usuario, todo esto conducirá a tasas más bajas, intereses de las compañías de seguros, etc. ...

Medicamento– seguimiento remoto de pacientes. Está previsto implementar un sistema de seguimiento de pacientes en el departamento de diagnóstico funcional de MONIKI. Los pacientes en el hospital usan sensores, en forma de pulsera, para medir la presión, la temperatura y la actividad cardíaca. Transmiten datos a un servidor central, donde el médico tratante puede obtener información sobre el estado del paciente a través de la grabadora XBee. Es posible proporcionar servicios de observación médica remunerados para algunas categorías de pacientes, por ejemplo a domicilio. En este caso, el kit PCC se instala de tal manera que la puerta de enlace emitida para el paciente esté asociada con el servidor de almacenamiento de datos. El paciente puede moverse mientras permanece dentro del alcance del punto central de recopilación de datos. Luego, en caso de una condición críticamente peligrosa del paciente, la señal de alarma va al servidor central, la señal de alarma se procesa y se envía a los especialistas, y se muestran los datos completos sobre el paciente para que el médico tratante pueda tomar decisiones sobre el acciones necesarias.

Junto con Rosatom, comenzamos a estudiar la cuestión del control radiológico de las instalaciones con riesgo nuclear. Se están llevando a cabo investigaciones sobre las posibilidades, perspectivas y problemas de utilizar RSS como sistema para monitorear el estado de los edificios de las instalaciones nucleares de investigación (RNI) existentes y otras instalaciones con riesgo nuclear. El RSS se desplegó en parte de los edificios del Instituto de Investigación Nuclear de Dimitrovgrad y se llevó a cabo un estudio del comportamiento del sistema en condiciones reales. Problemas de confiabilidad del sistema cuando se expone a una mayor radiación de fondo, problemas de propagación de señales de radio utilizadas para comunicar los nodos RSS en presencia de obstáculos en forma de estructuras hechas de hormigón "pesado" utilizado en la construcción de edificios con riesgo de radiación y energía nuclear. También se investigaron objetos.

Los Ferrocarriles Rusos están desarrollando un sistema para controlar la temperatura de un juego de ruedas. Utilizando RSS, este problema se puede resolver de una manera más barata y fiable que la que se hace actualmente, cuando la temperatura se mide discretamente cuando un tren eléctrico pasa por el punto de recogida de datos KTSM. La zona experimental, según lo previsto, se desplegará en la estación de Kurovskaya en un tren eléctrico de cercanías. Mientras conduce, el conductor podrá tener información sobre la temperatura del juego de ruedas en tiempo real. También será posible almacenar los datos recopilados en una base de datos central, a la que podrá acceder el oficial de servicio en la estación por donde pasa el tren eléctrico.

Nuestros sistemas en la construcción despiertan interés: control de asentamientos y desviaciones de edificios y estructuras. Cliente potencial – “Rosstroy”. En un futuro próximo, se planea crear un sistema de monitoreo distribuido de edificios y estructuras basado en RSS para monitorear en tiempo real los valores de asentamiento, las desviaciones de la vertical y la apertura de grietas en la zona de construcción de dos pozos existentes en la región de Moscú, con salida de datos a un servidor central y publicación en la WEB.

Logística – control sobre el movimiento de mercancías. Para los complejos logísticos automatizados, es posible organizar la recopilación de datos sobre las rutas de movimiento de los dispositivos de radio con un identificador único entre y dentro de los almacenes con posicionamiento relativo a los puntos de recopilación de datos y almacenamiento de información en un servidor central. Como parte de esta dirección, con la distribución masiva de tecnologías de sensores, también podemos generar información sobre el flujo de distribución de mercancías, gestión de iniciativas de marketing, etc.

Es imposible enumerar todos los proyectos de implementación en este momento. Permítanme señalar nuevamente que la gama de aplicaciones de las redes de sensores es muy amplia... Hoy hemos cubierto al menos 20 áreas diferentes y el trabajo en esta dirección continúa. Hay soluciones en camino para el Ministerio de Situaciones de Emergencia, los mineros, las empresas industriales, el sistema educativo...

─ ¿Están desarrollando, entonces, sobre la base de nuestro instituto láser, una versión rusa de equipos para redes de sensores?

─ IPLIT RAS trabaja con redes de sensores en términos de desarrollo y estudio de sus diversas propiedades. Dado que todos los chips se desarrollan en Estados Unidos y se fabrican en China, en Rusia estamos limitados por la base de microprocesadores que podemos comprar. Bueno, o, como opción, sácalo del exterior en tu bolsillo. No hay otra opción por ahora. Y estudiamos las redes en términos de cómo hacerlas operativas durante el mayor tiempo posible, o cómo garantizar que la señal pase de manera confiable a través de las redes, y cómo hacer que el camino de los paquetes con datos a través de ellas sea lo más rápido posible. . La sinergia de una asociación de este tipo es muy prometedora.

─ ¿Está la ciencia rusa muy por detrás de sus colegas extranjeros en este ámbito?

─ En términos de comercialización y desarrollo práctico, todavía estamos muy lejos del potencial que ya existe en los centros de investigación de Japón, la UE y los EE.UU. En términos científicos, en Rusia se ha formado una escuela bastante fuerte con sus propios desarrollos únicos. Hoy incluso publicamos los resultados en las principales revistas científicas internacionales: hay avances. Ahora lo principal es encontrar un motor "correcto" y barato producido en serie, y esto supondrá un gran avance en la tecnología. Por ejemplo, todos los electrodomésticos pueden comenzar a estar equipados con elementos de una red de sensores: el interior de las aspiradoras, lavadoras, televisores, etc. implementar redes de sensores con sensores de temperatura configurados entre 300 y 400 grados... Los sensores colocados en dispositivos domésticos en todos los apartamentos residenciales informarán a través de la red al centro sobre un incendio en el armario de un apartamento en particular mucho antes que el propio residente del apartamento ... (especialmente cuando no está en casa). Puedes poner el sensor en el televisor o Centro musical y durante una emergencia, este dispositivo se utilizará para comunicar sobre la emergencia. Y esta información será direccionable: cada chip tiene su propia dirección MAC en la red, su conexión con otros chips y puertas de enlace para recopilar y procesar datos prácticamente determina su ubicación. En la producción en masa, estos elementos de red deberían costar un centavo y realizar sus funciones como "polvo inteligente".

─ En general, su objetivo es llevar esta tecnología a la perfección para el consumidor...

─ Sí, crear toda la infraestructura, el software, los sensores y, por supuesto, los propios chips, que pertenecen a la categoría de tecnologías críticas y es imposible comprar una licencia para su producción. Y si desarrollamos toda la línea, tanto interfaces como varios sensores y algoritmos de intercambio de datos, podremos producir sistemas de control y monitoreo completos y listos para usar, ingresar al mercado, incluido el global, y crear servicios.

─ Cuéntanos, ¿en qué fase se encuentra ahora el proyecto? Hasta donde yo sé, ahora te mudarás a Skolkovo...

─ Mientras teníamos ciencia pura. A finales del año pasado solicitamos residencia en la Fundación Skolkovo, recibimos una decisión positiva y desde la primavera de 2013 somos residentes de pleno derecho del centro de innovación. Skolkovo es una oportunidad para atraer financiación, desarrollar un proyecto hasta la etapa de comercialización y tener un estatus digno. No podemos hacer esto con nuestro propio dinero. Hoy atravesamos la etapa de construcción de prototipos de soluciones, formación de zonas experimentales, procesamiento de resultados de investigación, finalización y patente de nuestros inventos.

─ Según lo previsto, ¿cuándo llegaréis a la fase de implementación comercial?

─ Creo que a finales del año que viene.

─ ¿Cuánto se ha invertido ya en el proyecto?

─ Unos 15 millones.

─ ¿Dólares?

─ No, rublos. Ahora estamos planeando atraer inversiones externas para continuar nuestro trabajo hacia la obtención de un resultado comercial. Estamos 100% seguros de nuestro éxito.

─ ¿Qué hay que hacer para crear un “polvo inteligente” barato? ¿Tiene algún plan para hacer que la tecnología sea económica?

─ Aquí sólo hay una receta: la demanda masiva. Un chip para investigación hoy cuesta más de 30 dólares, aunque los primeros 100 chips ya cuestan 1.800 dólares, es evidente que millones no deberían costar más de 1 o 2 dólares. Entonces llegará el momento del “polvo inteligente”.

─ ¿Para la producción en masa es necesario crear una planta en serie?

─ En primer lugar, debemos crear la base de elementos y la infraestructura de hardware de la tecnología. Estamos en contacto con empresa rusa ITFY, que nos proporcionará CAD para el desarrollo de componentes microelectrónicos. Los colegas de ITFY, encabezados por el presidente de la empresa, Leonid Svatkov, junto con IBM Corporation, lanzaron el proyecto ITFY especialmente para Rusia, que abrió el "Centro de Tecnología Electrónica" (CET), para una solución de infraestructura integral para el desarrollo colectivo de chips y placas de circuito impreso Basado en la plataforma de hardware y software de IBM. En el SPIEF-2012 se anunció la creación del Centro de Tecnologías Electrónicas (CET).

─ ¿Qué volumen de producción se prevé crear?

─ Es difícil decirlo... tecnología wifi y Bluetooth hoy está en todos los teléfonos móviles, y se producen y venden en millones de unidades. Nos enfocamos en la misma cobertura con nuestra red. En Celulares No hacemos ningún reclamo, pero los electrodomésticos, automóviles, juguetes, consolas, computadoras y mucho más pueden brindarle la cobertura deseada. Para que el proyecto sea rentable es necesario ingresar al mercado mundial. Si lanzamos el proyecto correctamente ahora y no tenemos problemas de financiación, en cinco años las redes de sensores estarán en todas partes.

─ ¿Por qué Skólkovo?

─ Skolkovo ofrece todas las condiciones para el desarrollo activo de proyectos, es posible obtener dinero para I+D. Ya estamos negociando con varios fondos de riesgo conocidos la posibilidad de atraer inversiones de riesgo al proyecto. En el futuro nos pondremos en contacto con líderes mundiales conocidos en este campo con el objetivo de crear una empresa de producción conjunta. Los grandes inversores entienden que si hay un interés real y se puede invertir en una tecnología prometedora, se puede obtener un resultado comercial decente. Skolkovo tiene todas las posibilidades para obtener financiación y apoyo integral para el proyecto. Por eso el ambiente allí es muy agradable.

─ Ya veo. En Skolkovo completará sus desarrollos científicos, diseñará chips, luego encontrará un inversor, sellará los chips en China, creará software para diversas tareas de la red de sensores y, en última instancia, creará productos terminados: ¿para el Ministerio de Situaciones de Emergencia, los bomberos, etc.?

─ Estampar sus propios componentes sigue siendo una tarea de futuro. Hoy en día, lo principal es el desarrollo de varios algoritmos de red que brinden soluciones a diversos problemas técnicos, el desarrollo de protocolos de intercambio de datos, interfaces, sistemas distribuidos de recopilación de datos y cálculos. Nuestros desarrollos son aplicables en cualquier red de un estándar aprobado, por lo tanto, por ahora, en la primera etapa, déjelos sellar todo en China, formar redes en todo el mundo y dejar que las redes utilicen nuestro software de interacción para realizar las tareas asignadas. Aunque también sería bueno publicar un juego completo de una sola fuente y, en el futuro, creo que llegaremos a eso.

─ ¿Y todo esto está previsto para los próximos dos o tres años?

─ Sí...tenemos planes para apenas un par de años. Lo principal, por supuesto, es la financiación. Pero no nos quedamos quietos... Varios grandes fondos de riesgo ya están interesados ​​activamente en nuestro proyecto, porque la tecnología de redes de sensores es una de las más prometedoras comercialmente, se podría decir que a nivel mundial.

─ ¿De dónde sacas las imágenes? Hay escasez de ellos, según tengo entendido.

─ Siempre es difícil encontrar ingenieros altamente cualificados; buscamos en las regiones: allí todavía hay cabezas brillantes y verdaderos talentos. Hoy en día, varios institutos de investigación están interesados ​​en el tema de las redes de sensores; nosotros también trabajaremos con ellos.

─ Base tecnológica: ¿en este instituto de investigación láser?

─ Esperamos una asociación mutuamente beneficiosa con IPLIT RAS... El desarrollador que lidera esta dirección en el instituto, el jefe del departamento de tecnología de la información, Igor Voronin, también es el director técnico de LINTECH. Resulta ser una asociación muy productiva. Y con la oficina principal de desarrollo nos mudamos a Skolkovo.

─ Dicen que es muy difícil llegar. Incluso se necesitan sobornos...

─ Personalmente no conozco la posibilidad de llegar a Skolkovo por dinero. Durante los últimos 2 años, él mismo ha participado activamente en 3 proyectos innovadores; todos ellos son ahora residentes de la fundación. Una empresa está desarrollando activamente software que le permite obtener automáticamente modelos 3D ya preparados a partir de fotografías panorámicas o esféricas. Por cierto, también propusimos utilizar soluciones táctiles para optimizar significativamente este trabajo. Otros proyectos están relacionados, por ejemplo, con la tecnología de aplicación de pinturas y barnices... Resultó que este también es un tema prometedor. Las direcciones son completamente diferentes...

Mi opinión es que Skolkovo ha creado un sistema experto adecuado para una evaluación exhaustiva de ideas y desarrollos únicos. Si logró transmitir claramente los principios básicos de su idea y el desarrollo se ajusta al marco existente del centro de innovación, eso es todo, obtendrá el estatus de residente y trabajo.

─ ¿Quiere decir que cualquier desarrollador ruso de tecnología prometedora que tenga una estrategia clara y un equipo preparado para su implementación puede llegar a Skolkovo?

─ Si tiene una idea que considera brillante y comprende claramente todos los pasos para su desarrollo, implementación y obtención de ganancias, venga y hablemos... Asumo este tipo de proyectos, formalizo la idea de acuerdo con los estándares internacionales, trabajo Realizo el proyecto desde un punto de vista inversor y comercial, para luego promocionarlo ante parques tecnológicos, incubadoras de empresas y fondos de inversión. Y puede que esto no sea sólo Skolkovo. Hoy en día hay muchas tareas de interacción. Incluso dentro del mismo cluster, a veces algunos desarrolladores no saben lo que hacen otros... y sucede que son socios ideales que pierden un enorme potencial sinérgico.

─ ¿Qué escándalos de corrupción se produjeron en Skolkovo? ¿Había un rumor de que incluso querían enterrar todo el proyecto...?

─ Esto no afectó a las actividades de las empresas innovadoras. Mientras trabajamos, seguimos trabajando. Ya tenemos suficientes impresiones propias. Y Skolkovo, a pesar de todos los envidiosos alardes de sus malvados, hoy ha recibido un segundo aire y continúa llevando a cabo su arduo trabajo para cultivar la industria nacional de innovación...

La nueva generación de dispositivos smartdust (“polvo inteligente”) abrirá la posibilidad de recopilar datos inalámbricos en tiempo real, lo que conducirá a cambios de ideas sobre los sistemas de ingeniería, la atención médica y la interacción con el medio ambiente. Cómo surgieron estos dispositivos y qué frena actualmente su desarrollo, en el material del periodista Leonid Chernyak, preparado específicamente para TAdviser.

A principios de los años 90 del siglo XX, gracias a los esfuerzos conjuntos de la agencia de defensa estadounidense DARPA y Rand Corporation, se crearon los primeros dispositivos de información autónomos mote (mote, partícula) del tamaño de una caja de cerillas. Consistían en sensores que medían determinados indicadores ambientales, una computadora, un transmisor y un dispositivo de alimentación (de la red, baterías o células solares).

Estas motas estaban destinadas exclusivamente a fines militares y de inteligencia, pero después de 5 a 7 años, como resultado de la "revolución sensorial" que comenzó entonces, aparecieron dispositivos similares para uso civil. Al mismo tiempo nació el nombre moderno de la tecnología, smartdust (polvo inteligente), y su componente individual todavía se llama mote. Mote, que escapó al control de los servicios especiales, fue concebido para diversos fines, por ejemplo, para monitorear estructuras de ingeniería complejas, principalmente puentes, que se degradan durante el funcionamiento bajo la influencia de factores externos (precipitaciones, viento, temperatura, vibraciones, sal). , que provoca corrosión). Quizás debido a la falta de dicho control, el puente de Génova se derrumbó en agosto de 2018. Los glaciares, los bosques, los volcanes, el océano y todo lo demás necesitan un seguimiento constante.

Las copias experimentales de mote de principios de la década de 2000 se parecían al dispositivo que se muestra en la siguiente figura. Fue realizado en la Universidad de Berkeley, el centro académico del nuevo movimiento. El líder de la dirección fue el profesor Kirs Pister, conocido por su trabajo en el campo de los dispositivos microelectromecánicos y fundador de la empresa Dust Networks. El entusiasmo de los creadores y el tradicional sentimiento radical de izquierda de Berkeley dieron origen al lema: "¡Sensores de todo el mundo - uníos!" Los analistas se interesaron por la innovación y Gartner, sin dudarlo, colocó a Smartdust en la posición inicial de su curva de publicidad en 2003 con perspectivas de implementación en 10 años.

Y había algo en qué pensar. La idea del polvo inteligente es tan obvia como difícil de implementar. No es casualidad que la próxima vez que la tecnología Smartdust apareció en la curva de Gartner fuera recién en 2013. Pero desde 2015, cada año se ha situado en el punto de partida con una perspectiva de más de diez años para alcanzar la madurez tecnológica. La principal razón del repetido retroceso a la posición anterior siguió siendo la preparación insuficiente de las tecnologías de redes y comunicaciones.

Hasta hace poco, algunas “redes de polvo” muy específicas seguían siendo completamente originales. Fueron creadas de forma aislada de otro tipo de redes, pero no por afán de originalidad. Esta era una medida necesaria, ya que no había nada en el mercado que cumpliera con sus requisitos.

El punto de partida del enfoque de la red remota es el hecho de que, por definición, la potencia del transmisor de cada dispositivo individual es insignificante. Como resultado, elegimos crear la red. tecnología inalámbrica Multi-hop, que se basa en el principio de la cadena, es decir, cada nodo sirve como relé para los demás. La topología de malla completa garantiza confiabilidad y tolerancia a fallas. Dentro de la red, la transferencia de datos se lleva a cabo utilizando su propio TSMP (Protocolo de malla sincronizado en el tiempo), desarrollado por Dust Networks, y luego la red se conecta a Internet a través de una puerta de enlace. Para una empresa con cincuenta empleados, esto es un logro.

En el transcurso de una década y media, el tamaño de la mota se ha reducido a sólo unos pocos milímetros cúbicos y el costo ha bajado a 10 dólares o menos. Pero esto todavía no es suficiente para la distribución masiva de smartdust, ya que el problema de la comunicación persiste. La situación puede cambiar fundamentalmente con la llegada de la tecnología. comunicaciones móviles Bluetooth 5.0 de quinta generación y . En este caso, no es necesaria una red de hotel y cada mota se puede conectar directamente a Internet.

La nueva generación de smartdust abrirá la posibilidad de recopilar datos inalámbricos en tiempo real, lo que cambiará nuestras ideas sobre los sistemas de ingeniería, la atención sanitaria y la interacción con el medio ambiente. Miles de millones, si no billones, de dispositivos capaces de transmitir datos e interactuar con retroalimentación podrán transmitir, previa solicitud, una amplia variedad de indicadores físicos y químicos disponibles del medio ambiente. Los dispositivos pueden funcionar con baterías y extraer energía del entorno (vibraciones, luz). Pueden ubicarse en cualquiera de los lugares más inaccesibles. Hay motivos para creer que el polvo inteligente, como fenómeno omnicomprensivo, acabará absorbiendo el Internet de las cosas (IoT), símbolo de la Cuarta Revolución Industrial.

Por analogía con la WWW (World Wide Web), podemos decir que con la ayuda de Smartdust el mundo se está convirtiendo en una única Web del Mundo Real. Todavía es difícil imaginar una vida donde la información sea ilimitada, donde aprenderemos de todo, desde un mensaje trivial sobre la necesidad de reemplazar un cepillo de dientes hasta recibir información confiable sobre todos los demás objetos naturales y de ingeniería.

Sin embargo, el mundo de total apertura informativa se ve amenazado por el efecto Gran Hermano descrito por James Orwell en la novela “1984”. Este peligro suele recordarse cuando se habla de en las redes sociales, y en muchos otros casos de personas que entran en contacto con diversas formas de seguimiento. Por lo tanto, una de las principales tareas de las futuras tecnologías smartdust será la preservación del espacio privado (privacidad).

Después de 2013, surgió una ola todavía modesta de startups que prepararon el terreno para su participación en smartdust. La mayoría de ellos no alcanzaron el nivel del sistema Dust Networks, tomaron un camino diferente y se fijaron objetivos limitados para justificar la inversión en ellos. Por ejemplo, Koto Air (Eslovenia), QwikSense (Holanda), Wynd Technologies y Birdi (ambas) ofrecen sistemas para monitorear el estado de la atmósfera en hogares, instituciones educativas y hospitales. American CivicSmart – gestión de aparcamiento.

Es obvio que estas empresas se están preparando para el futuro, resolviendo problemas específicos, están desarrollando en secreto sensores diseñados para conectarse a través de canales de comunicación de quinta generación. Pero también hay empresas con objetivos más serios, entre ellas Cubeworks (EE.UU.), que produce sensores subminiatura y la plataforma Cubisens para recopilar información y almacenar datos.

El sensor CubeWorks consta de cuatro componentes ubicados en un único chip:

• Procesador ARM Cortex M0 y memoria de 4 KB
• Cargador
• Transmisor de radio
• Sensor

El consumo de energía en modo de espera es de 8 nW. Aumenta durante la transmisión, pero Cargador, que entrega 10 nW por 1 milímetro cuadrado en condiciones de iluminación ambiental, en combinación con una batería proporciona un período de funcionamiento ilimitado.

Los grandes proveedores también están prestando atención al smartdust, principalmente IBM. La corporación ha desarrollado tradicionalmente el tema de la computación omnipresente, que lógicamente se acerca al polvo inteligente. Sin embargo, ahora probablemente se esté recurriendo al polvo inteligente.

El gigante azul no lo hace todo rápido. La sabiduría popular dice que IBM comienza a desarrollar un segmento de mercado sólo si supera los mil millones. Al parecer la corporación todavía está esperando, pero claramente al principio.

El punto clave de smartdust es un procesador potente y económico. Se puede producir en masa, por eso, como preparación para el futuro, la corporación anunció la computadora más pequeña del mundo en la conferencia Think 2018. Su tamaño es 1 cuadrado. mm. A pesar de su tamaño en miniatura, es comparable en potencia al Intel 8086. Y en este milímetro cuadrado, además del procesador y la memoria, hay una fotocélula que alimenta el dispositivo y un par de fotodiodo/fotodetector incorporado que proporciona comunicación óptica. con el mundo exterior. El coste del dispositivo en producción en masa es de menos de 10 céntimos.

¿Qué es el polvo inteligente? Video.

Los sucesores de esta computadora, pero que admiten la comunicación a través de un canal de radio, pueden convertirse en la base de futuros dispositivos Smartdust. Hasta entonces, una computadora independiente con comunicaciones ópticas puede actuar como etiqueta para certificar la autenticidad del producto. Es imposible fingir y leer datos con un teléfono inteligente no cuesta nada. La producción en masa de este tipo de etiquetas será la base del smartdust en el futuro previsible.

El concepto de polvo inteligente fue introducido por Christopher Pister de la Universidad de California, Berkeley, en 2001.

El término "polvo inteligente", que no es muy familiar para la alta tecnología, se refiere a sensores en miniatura que tienen capacidades informáticas y Comunicación inalámbrica, así como memoria para almacenamiento de datos y elementos sensibles para la medición de parámetros ambientales.
Smart Dust es perfecto para organizar redes inalámbricas en las que los nodos se comunican entre sí según sea necesario. Una red de este tipo tiene capacidades informáticas distribuidas y el ancho de banda de la red aumenta con su tamaño. Además de los propios sensores, las redes de sensores también incluyen una serie de "pasarelas". Estos últimos son necesarios para recopilar, procesar y transmitir información de los sensores que los rodean. En la primera etapa del desarrollo del concepto de “polvo inteligente”, los creadores de sensores se esforzaron por reducir su tamaño. Sin embargo, la experiencia de su implementación ha demostrado que la miniaturización no siempre es bien recibida en la industria. Por lo tanto, las primeras muestras de “polvo inteligente” creadas por Intel Corporation son placas de 3 x 3 cm.
Otra aplicación de los nuevos sensores que ya se ha implementado es la monitorización de los sistemas de suministro de agua. Los sensores se instalan en las tuberías de agua y envían señales de temblores y humedad ambiental a una puerta de enlace especial ubicada en algún lugar de una farola o en una casa dentro del alcance de la comunicación inalámbrica de los sensores. Los sensores funcionan con baterías y las puertas de enlace funcionan con la red. En Boston ya se está utilizando con éxito una red de este tipo.

Actualmente se está creando la segunda generación de sensores de “polvo inteligentes”. Se basan en un procesador XScale de 32 bits y se utiliza un procesador especial para comprimir la información, así como para garantizar la seguridad. Las dimensiones de los nuevos sensores son casi dos veces más pequeñas que las de la generación anterior. Los nuevos sensores tienen una gran memoria RAM y FLASH y pueden funcionar en base a Sistema operativo Linux. Además, tienen capacidades de entrada de información de alta velocidad, por ejemplo, desde cámaras de video.

Un área de investigación aparte es la cuestión del suministro de energía. Hay, por ejemplo, proyectos para alimentar sensores a partir de paneles solares de 10x10 cm y se están explorando las posibilidades de convertir las vibraciones de los mecanismos en electricidad. Con la ayuda de sensores de nueva generación, planean implementar su idea de “computación proactiva o anticipatoria”.
Hasta ahora, las computadoras sólo hacen lo que los humanos les dicen que hagan. Pero en el futuro, nuestras PC anticiparán nuestras necesidades y actuarán de forma independiente en beneficio de nuestros intereses. El ordenador analizará la situación actual, hará cálculos proactivos y nos ofrecerá determinadas opciones para posibles otras acciones, e incluso en algunos casos actuará por sí solo, liberándonos de la necesidad de realizar trámites rutinarios.

Las redes de sensores, que consisten en muchos dispositivos autónomos en miniatura independientes con capacidades de comunicación inalámbrica, podrán autoorganizarse en la red e interactuar entre sí y con el "centro", al tiempo que tendrán un impresionante margen de confiabilidad.

Polvo inteligente para la guerra

El concepto de "polvo inteligente" fue tomado de la historia "Invincible" de Stanislaw Lem y hasta hace poco se consideraba una cosa del futuro lejano. Se basa en la idea de un microrobot, un mecanismo cuyo tamaño se mide en milímetros o incluso micras. Un solo microrobot, como una sola hormiga, es prácticamente incapaz de hacer nada. Sin embargo, muchos de ellos, reunidos en un solo lugar, se vuelven como una familia de miles de millones de hormigas tropicales, destruyendo todos los seres vivos a su paso.

Uno de formas posibles Su aplicación, inventada por el ejército estadounidense, es derrotar a los tanques enemigos: una nube de microrobots que llevan una carga envuelve un vehículo blindado y explota. O la destrucción física de las fuerzas enemigas mediante microexplosivos. Al ser lanzada desde un avión (no tripulado, por supuesto), la nube busca automáticamente objetivos, se divide en grupos del tamaño necesario para destruirlos, se adhiere a ellos, penetra en lugares desprotegidos y es detonada simultáneamente. La explosión volumétrica resultante quema los sistemas de control de equipos y devasta los refugios antiaéreos más protegidos con una eficacia máxima inaccesible a las armas convencionales.

Las aplicaciones más pacíficas, como el reconocimiento y el espionaje, requieren algoritmos de software mucho más complejos y la capacidad de utilizar equipos sofisticados de vigilancia y comunicaciones. Por lo tanto, según los expertos, con la ayuda del polvo inteligente será viable no antes del período 2014-2017. El escenario de acción aquí será el siguiente. Una nube dispersa en las proximidades de un objeto importante se mueve imperceptiblemente hacia él, eligiendo al mismo tiempo los lugares óptimos para colocar subnubes especializadas. La nube de videovigilancia, cada partícula de polvo representa un píxel separado de la matriz con una interfaz de comunicación con sus vecinos, se esfuerza por ocupar una mejor posición para tener una visión más amplia del espacio. Los insectos (o quizás los "mosquitos") establecen control sobre los sonidos. La parte más difícil, la transferencia de información a la central de inteligencia, difícilmente será posible en un futuro próximo sin enviar un agente con un dispositivo que la lea, como en los sistemas RFID modernos.

¿Qué pasa en Rusia?

En abril de 2007, el director del nanocentro del Instituto de Energía de Moscú, Andrei Aleksenko, informó sobre el desarrollo en curso de nanoarmas en Rusia. Según él, la principal ventaja de esta arma es que “contra ella no existe otra protección que la nanoprotección”. No aclaró la esencia del trabajo de los científicos rusos al respecto, citando el secreto de los avances.
Para garantizar la seguridad nacional, Rusia necesita desarrollar nanotecnologías de doble uso. En su opinión, estos avances ayudarán a proteger las fronteras, así como a proteger contra los desastres provocados por el hombre. Por último, el llamado “polvo inteligente” es un estudio completo del territorio, pero esto sólo es posible con el desarrollo de la micro y nanoelectrónica moderna.

A su vez, Putin, siendo todavía presidente, encargó en 2007 al primer viceprimer ministro, Serguei Ivanov, que vigilara el correcto gasto de los fondos públicos destinados al desarrollo de la nanoindustria. "Ésta es un área de actividad en la que el Estado no escatimará gastos", dijo el presidente en una reunión en el centro científico del Instituto Kurchatov.

Putin luego enfatizó que el Estado “proporciona mucho dinero” para estos fines, y “es necesario invertirlo para que se utilice de manera efectiva y produzca un retorno”. "También es muy importante conocer los objetivos", señaló Putin, y luego él mismo los enumeró: "La nanotecnología será sin duda una industria clave para la creación de armas ultramodernas y ultraeficaces, tanto ofensivas como defensivas, así como comunicaciones”.

En Gran Bretaña, se combinaron 50 dispositivos en un enjambre.

Los científicos británicos presentaron recientemente sus avances en este ámbito. Su interés científico se centró en el estudio de otros planetas: los dispositivos “inteligentes” del tamaño de un grano de arena, que vuelan con el viento, pueden ayudar, en particular, en el estudio de Marte.
Dichos dispositivos serán un microchip de computadora cubierto con una carcasa de plástico, que podrá cambiar de forma cuando se le aplique un impulso eléctrico y así moverse en la dirección determinada por el operador. El "polvo" de electrones podría colocarse en la punta de las sondas espaciales y liberarse a la atmósfera de otros planetas, donde sería transportado por el viento.

Expertos de la Universidad de Glasgow (Escocia) presentaron los resultados de los avances en este campo a sus colegas en una reunión de la Asociación Nacional de Astrónomos. El Dr. John Barker, profesor del Centro de Investigación Nanoelectrónica de Glasgow, afirma que con la ayuda de redes inalámbricas, estos microdispositivos con un radio de un milímetro podrían formar enjambres si fuera necesario. Según Barker, hoy en día existen chips y dispositivos de tamaño adecuado.

Si usa un determinado carga eléctrica Si "arrugas" la carcasa de polímero de dicho dispositivo, la mota de polvo subirá más y, si la aplanas, bajará. Y las redes inalámbricas permitirán que los microdispositivos se reúnan en "bandas", y el Dr. Barker y sus colegas crearon modelo matemático este proceso.

“Hemos visto que la mayoría de las partículas sólo pueden ‘hablar’ con sus vecinas más cercanas, pero cuando son muchas, pueden comunicarse a distancias mucho mayores”, explicó el científico escocés. "Durante la simulación logramos la integración de 50 dispositivos en un solo enjambre, y lo logramos a pesar del fuerte viento".

Los científicos ya han demostrado las capacidades del "polvo inteligente", en el que caben sensores, fuentes de energía, dispositivos de comunicación digitales y células de red en un volumen de varios centímetros cúbicos. Pero si se utilizan para explorar otros planetas, necesitarán sensores, y los sensores químicos actuales son demasiado grandes para caber en un “grano de arena” de electrones voladores. Sin embargo, los investigadores esperan que en las próximas décadas aparezcan sensores mucho más pequeños.

En abril de 2007, John Barker exploró la posibilidad de explorar la superficie de Marte utilizando una variedad de sensores inalámbricos en miniatura, "polvo inteligente", que pueden moverse a través de la superficie de un punto a otro, cambiando su forma. El Dr. Barker desarrolló un modelo informático con el que observó el movimiento de 30 mil sensores en miniatura en la superficie de Marte. Cada dispositivo del modelo podría determinar su ubicación y también cambiar su forma, cambiando una superficie lisa a una irregular y viceversa. Los sensores con una forma suave pueden ser recogidos y transportados fácilmente por el viento marciano, y cuando adquieren una forma irregular, vuelven a caer sobre la superficie de Marte debido al aumento de la resistencia del medio ambiente. Así, cambiando la forma de los dispositivos, se puede controlar su movimiento. Los resultados del cálculo mostraron que alrededor del 70% de los sensores podrán recorrer con éxito una ruta determinada de 20 km de longitud.

Mientras tanto, la investigación interplanetaria está lejos de ser el único campo de aplicación del polvo inteligente. Otras podrían incluir el uso de microdispositivos para recopilar información en el campo de batalla o incrustarlos en cemento para monitorear la “salud” de puentes, edificios y otras estructuras desde el interior.

Solución rusa.

Sin embargo, los robots también pueden realizar tareas pacíficas, por ejemplo, explorar el espacio cercano a la Tierra con la ayuda de bandadas de microsatélites. Esto plantea un problema difícil: cómo controlar simultáneamente múltiples mecanismos. Imaginemos que es necesario controlar decenas de miles de robots desde un centro. Allí debería haber una supercomputadora potente, capaz de rastrear la posición de cada robot y darle instrucciones. Esto lleva mucho tiempo y, además, es muy inseguro: el centro de control puede fallar. Es mucho más fácil permitir que cada robot acepte decisiones independientes y coordinar sus acciones con las de sus vecinos.

El algoritmo de acción, inventado por investigadores rusos del Instituto de Ingeniería de Radio de Taganrog en 2003, es el siguiente. En primer lugar, los robots forman una única nube. Se le indican las coordenadas de los objetivos. Cada robot, conociendo sus coordenadas y las coordenadas de los objetivos, selecciona el objetivo más cercano y decide si avanza hacia él. Para ello, descubre cuántos robots ya se han dirigido hacia este objetivo. Si su número es suficiente, comienza a buscar otro objetivo o permanece en reserva. Si no, decide atacar y avisa a los vecinos. Así, la nube se divide muy rápidamente en fragmentos, grupos, que avanzan hacia sus objetivos.

El proceso de agrupación debe renovarse periódicamente. Esto es necesario para tener en cuenta los cambios en el entorno operativo. Por ejemplo, si un robot sale del juego, la nube debería saberlo y reemplazarlo rápidamente por uno de respaldo. Del mismo modo, es necesario tener en cuenta los cambios en las coordenadas del objetivo: puede que se aleje demasiado de algunos robots del grupo. Esto significa que será necesario traerle fuerzas adicionales.

Las simulaciones por computadora han demostrado que el enfoque propuesto es muy efectivo y que el algoritmo de toma de decisiones para los microrobots es tan simple que puede implementarse fácilmente en los pequeños cerebros electrónicos de estas criaturas en miniatura. Además, todo el procedimiento resulta extremadamente flexible, capaz de tener en cuenta rápidamente tanto la pérdida de microrobots como los cambios en el comportamiento de los objetivos.

Estados Unidos ya está probando activamente el “polvo inteligente”.

En Estados Unidos también se está desarrollando el llamado “polvo inteligente”. En 2002, Hans Mulder, director de Intel Research en la Universidad de California, Berkeley, dijo que eran “dispositivos sensores microscópicos, autoalimentados y con capacidades de comunicación inalámbrica”. Según él, los dispositivos ya existen y, además, se están probando.

En el futuro, dentro de unos años miles de estos sensores inalámbricos de bajo costo, ubicados en una amplia gama de ubicaciones, estarán conectados en red y alimentados por fuentes de energía integradas. Mientras tanto, las redes de sensores sólo pueden constar de unos pocos cientos de “motas de polvo”, ya que estos dispositivos siguen siendo demasiado caros y su tiempo de funcionamiento es de sólo unos pocos días. Según Mulder, el principal obstáculo para la adopción generalizada de redes de sensores es el alto coste de las fuentes de alimentación, que cuestan alrededor de 150 dólares.

El ejército estadounidense planea gastar miles de millones de dólares para implementar el polvo inteligente. Creen que vale la pena: el "polvo inteligente", que consiste en nanorobots arrojados sobre territorio enemigo, puede causar grandes daños al enemigo. Los robots reproducirán los de su propia especie a partir de material de desecho y espiarán, transmitirán información a la computadora principal y, cuando se les ordene desde el Centro, pasarán a la ofensiva: penetrarán los cuerpos de los soldados enemigos (matándolos o simplemente inmovilizándolos), detendrán cualquier motor, redirigir cualquier señal o simplemente explotar, destruyendo equipos y mano de obra en un vasto territorio. Mulder dijo que los científicos estadounidenses han desarrollado varias redes de sensores basadas en el principio del "polvo inteligente". Una red se está probando en combate en Afganistán, donde el ejército estadounidense ha desplegado varios miles de sensores para rastrear los movimientos del equipo militar. Otra red se utiliza en Wild Duck Island en Maine, donde los científicos la están utilizando para estudiar la migración de petreles, y otra es parte del sistema de simulación de terremotos de Berkeley.

"Smart Dust" ya está a la venta

Dust Networks, cuyo director técnico es Kristopher Pister, uno de los pioneros del concepto de "polvo inteligente": redes distribuidas de dispositivos ultrapequeños que admiten el intercambio inalámbrico de datos, ha presentado su primer producto en el mercado. El primer kit de prueba de polvo inteligente, llamado SmartMesh, consta de 12 dispositivos en miniatura llamados "motas". El precio del kit completo, incluidos los dispositivos y el software, es de 4.950 mil dólares.

Dispositivos vinculados líneas inalámbricas transmisiones y puede transmitir datos de sensores que monitorean la temperatura, la velocidad del viento, la humedad u otros parámetros. Básicamente son enrutadores inalámbricos que funcionan con baterías. Con su ayuda se pueden crear, por ejemplo, sistemas de control. procesos de producción o sistemas de seguridad. La tasa de intercambio de datos de las “motas de polvo” es relativamente baja, lo que permite un bajo consumo de energía y energía de fuentes autónomas. Esto, a su vez, puede reducir significativamente el costo de los sistemas operativos basados ​​en ellos, ya que no es necesario cablear las redes de suministro de energía y también proporciona una flexibilidad del sistema sin precedentes.
SmartMesh es una "capa" que le permite organizar el intercambio de datos entre otras dos "capas": sensores, por un lado, y sistema de informacion, dentro del cual operan, por el otro. Cada "mota de polvo" representa un nodo red inalámbrica Intercambio de datos con consumo de energía ultrabajo. Los datos se transfieren de un nodo a otro, de forma similar a cómo se transfieren los paquetes en Internet, excepto que el sistema Smart Dust utiliza un protocolo de transferencia de datos diferente en lugar de TCP/IP, que se ha convertido en el estándar de facto de la industria. Otra diferencia es que se ha desarrollado tecnología para mantener los dispositivos apagados la mayor parte del tiempo. "Si mantienes la radio encendida todo el tiempo", señala razonablemente Chris Pister, "las baterías sólo durarán unas semanas". La nueva tecnología ha permitido lograr un resultado sorprendente: una sola "mota de polvo" de las baterías AA puede durar tres años sin reemplazarlas. Software Business 2.0, suministrado con los motes, les permite organizar ellos mismos la red y garantizar un consumo de energía tan bajo.

Según los autores del desarrollo, a medida que el concepto de "polvo inteligente" se generalice, los fabricantes comenzarán a equipar literalmente cada detalle, dispositivo y cada habitación con sensores, lo que abrirá la posibilidad de monitorear y controlar una amplia gama de procesos tecnológicos o, por ejemplo, el consumo energético en tiempo real. Esto permitirá, en particular, aumentar la eficiencia de la producción, crear sistemas de seguridad más fiables (equipar todo el perímetro protegido con sensores de vibración) y mejorar la productividad del campo (colocando sensores de humedad y acidez en el suelo de cada planta).
Dar vida a la idea del “polvo inteligente” requirió una inversión considerable. Dust Networks recibió un total de más de 7 millones de dólares para su desarrollo de empresas como Foundation Capital, Institutional Venture Partners. Uno de ellos fue In-Q-Tel, una empresa de capital riesgo financiada por la CIA. Dust Networks aún no ha proporcionado datos sobre cuánto costarán a los clientes las grandes redes industriales de “polvo inteligente”.

Futuro cercano.

En general, hay muchísimos escenarios en los que se podrían utilizar racionalmente las redes de sensores: desde el seguimiento del estado del viñedo (humedad, temperatura, madurez, presencia de insectos dañinos) hasta un sistema de seguridad completo que puede controlar literalmente todo: desde la presencia de infractores en el área controlada hasta el monitoreo de la atmósfera en busca de radiación y sustancias tóxicas. Lo ideal sería que en el futuro todo estuviera equipado con sensores, desde los edificios urbanos y los automóviles hasta el cuerpo humano.

Los físicos estadounidenses han descubierto que un nanotubo resuena con un campo de radio. Sobre esta base, construyeron un receptor que puede recibir señales del exterior a una frecuencia de aproximadamente 300 a 400 megahercios, es decir, se puede ajustar el alcance de radio del tubo. El tubo sirve como antena y receptor. El próximo desafío para las redes de sensores en el futuro es su implementación a micro y nanoescala. En el cuerpo humano, en un edificio, en una estructura, etc. Dentro de diez años, la nanotecnología con nanotransmisores entrará en nuestra vida cotidiana.

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“Caña pensante” es una frase famosa que, caracterizando el potencial mental total de la humanidad, fue formulada por el famoso filósofo, naturalista y escritor francés Blaise Pascal. Hoy parece que los investigadores estadounidenses han ideado una nueva definición similar de inteligencia artificial colectiva: ¡“polvo inteligente”!

Tenga en cuenta que el concepto mismo de "polvo inteligente" es polvo inteligente Introducido en uso científico por el científico estadounidense Christopher Pister de la Universidad de California en 2001. Sin embargo, incluso antes, concretamente en 1992, se creó en los EE.UU. bajo los auspicios de DARPA la Oficina de Tecnología de Microsistemas (MTO), cuyo objetivo era crear dispositivos microelectrónicos y fotónicos compactos, como, por ejemplo, microprocesadores, como así como varios tipos de sistemas microelectromecánicos El trabajo se llevó a cabo de manera muy activa, como resultado de lo cual en los mismos años 90 se creó un modelo del robot MARV (Vehículo Robótico Autónomo en Miniatura) en el Laboratorio Nacional Sandia, con un volumen de solo aproximadamente una pulgada cúbica.

Además, como dicen, ¡más y ya en 2000 su tamaño se redujo cuatro veces! Además, a pesar de su tamaño, la “máquina” cuenta con un procesador con 8 KB de memoria, un sensor de temperatura, un micrófono, una cámara de video y un sensor químico. En el futuro, se planeó equipar a este robot con comunicación inalámbrica para que varios de estos microrobots pudieran unirse para resolver algún problema común.

Bueno, es necesario, por ejemplo, tal vez para (como supone el ejército estadounidense) envolver, digamos, un tanque en forma de nube, luego penetrar a través de grietas y fugas dentro del vehículo, ¡y luego explotar cuando se lo ordene! Añadiendo estos microsensores a la pintura utilizada en los aviones podremos obtener información sobre el estado de sus superficies. Y si están pintados en interiores, podrán señalar un incendio, humo e incluso niveles excesivos de dióxido de carbono. Por supuesto, dicha pintura será mucho más cara de lo habitual, por lo que su uso en locales residenciales no es un futuro muy cercano, pero en submarinos nucleares y plantas de energía se puede usar literalmente mañana; es solo una cuestión de "pequeñas cosas". crear tales microdispositivos y proporcionarles energía. Por cierto, ya existe una muestra de un milímetro cúbico equipada con un sensor de temperatura, un sensor de movimiento y un transmisor de señales de radio. ¿Qué es un milímetro?

Es tentador, dice Joshua Smith, director del Laboratorio de Sistemas Sensoriales de la Universidad de Washington en Seattle, cubrir todo lo que nos rodea con tales sensores y ordenarles que sigan fenómenos y objetos que nos interesan. Pero aquí surge el problema de su suministro energético. Sin embargo, hoy también están trabajando en este problema y en varias direcciones a la vez. Podrían ser pequeños paneles solares ubicados directamente en la “parte posterior” de estos pequeños robots, o generadores termoeléctricos que convierten el calor en corriente eléctrica.

Se está trabajando en el “polvo inteligente” no sólo en el extranjero, sino también en Rusia. En particular, los científicos del Instituto Estatal de Ingeniería de Radio de Taganrog han creado un modelo matemático que permite, en principio, comprender cómo controlar las nubes de estos microrobots y cómo deben actuar todos juntos para completar la tarea. Inicialmente forman una masa única que recibe una tarea del ordenador de control. Cada robot, al determinar sus coordenadas y las coordenadas del objetivo, en primer lugar, descubre cuántos robots están más cerca de él y si hay suficientes para completar la tarea. Si es "sí", busca otro objetivo, si es "no", corre hacia el objeto. Así se forman grupos de robots, cada uno de los cuales realizará su propia tarea.

Una solución hermosa, sin duda, pero que, como ocurre muy a menudo en la ciencia, da lugar a un problema completamente diferente. El caso es que la conexión de estos micromotes con el centro de control y entre sí requerirá un enorme consumo energético. Sin embargo, parece que ya se ha encontrado una solución, y el Dr. John Baiker del Centro de Nanoelectrónica de Glasgow. En su opinión, la información de un robot a otro se puede transmitir a lo largo de una cadena, lo que reducirá significativamente los costes energéticos.

Imagina un mundo donde Dispositivos inalambricos del tamaño de un cristal de sal. Estos "enanos" están equipados con suministro de energía autónomo y potencia informática. Además, existen cámaras y mecanismos para la transmisión inalámbrica de datos. Estos sistemas microelectromecánicos (MEMS) se denominan polvo inteligente. Y pronto podrían “extenderse” en el vecindario. Averigüemos qué es y dónde se utilizan las "motas de polvo".

¿Qué puede hacer el polvo inteligente?

Los MEMS están equipados con pequeños sensores que pueden detectar todo, desde fluctuaciones de luz hasta vibraciones de temperatura. Debido a su tamaño diminuto, los dispositivos pueden permanecer suspendidos en el espacio como partículas de polvo. Ellos pueden:

• recopilar enormes cantidades de datos, incluyendo aceleración, voltaje, presión, humedad, sonido y más;
• procese todo esto usando la computadora incorporada;
• almacenar datos en la memoria;
• transmitir información de forma inalámbrica a la nube, base u otras “motas de polvo”.

Impresión 3D a microescala

La impresión de componentes de polvo en una impresora 3D disponible comercialmente hará que la tecnología sea accesible. Anteriormente, examinamos en detalle el uso de la tecnología en diferentes áreas de la vida humana.

Las lentes ópticas de sensores en miniatura le permitirán obtener imágenes de altísima calidad. Ahora ni siquiera podemos imaginarlo.

Aplicación práctica del polvo inteligente

El potencial del polvo inteligente para recopilar información sobre el medio ambiente con increíble detalle afectará a muchas cosas. Es como la tecnología de Internet de las cosas (IoT) multiplicada por miles de millones. Éstos son sólo algunos ejemplos aplicación práctica polvo inteligente.

• Supervise cuidadosamente los cultivos para determinar la necesidad de riego, fertilización y control de insectos.
• Monitorear el equipo para poder darle servicio a tiempo.
• Identificar deficiencias y corrosión antes de la falla del sistema.
• Monitoreo de personas y productos con fines de seguridad.
• Medir todo lo que se puede medir. Y casi en todas partes.
• Control de la entrega de productos desde el fabricante hasta la tienda, incluido el transporte por cualquier medio.
• Aplicación en medicina: diagnóstico sin cirugía. Y también control de dispositivos que ayudan a las personas con discapacidad a interactuar con herramientas que les ayudan a vivir de forma independiente.
• Investigadores de la Universidad de California en Berkeley han publicado un artículo sobre el potencial del polvo inteligente. Si se implanta de manera que “rocíe” el cerebro, entonces se puede obtener comentario sobre su funcionalidad.

¿Por qué es peligroso el polvo inteligente?

Todavía existen problemas que dificultan el uso generalizado del polvo inteligente. Éstos son algunos de ellos.

Confidencialidad

Los expertos están preocupados por los problemas de privacidad de los MEMS. Los dispositivos inteligentes pueden grabar cualquier cosa para la que estén programados. Debido a su tamaño diminuto, son difíciles de detectar. Y aquí puedes encender tu imaginación sobre el tema: ¿Qué pasa si el polvo inteligente cae en las manos equivocadas...?

Control

Miles de millones de partículas de polvo inteligentes se esparcen fácilmente sobre el área seleccionada. Y juntarlos si es necesario no es tarea fácil.

Dado su tamaño, las partículas de polvo son difíciles de detectar. Y todas las partículas son "en polvo", y más aún. Además, incluso un pequeño número de “elementos no detectados” seguirán filtrando información.

Precio

Esta es una nueva tecnología. Por tanto, los costes de su implementación son muy elevados. Hasta que baje el costo, el polvo inteligente estará fuera del alcance de muchos.

¿El polvo inteligente destruye el mundo?

La tecnología MEMS puede ser disruptiva para la economía y el mundo en su conjunto. Esta es la opinión de quienes lo desarrollan desde 1992. La misma idea es apoyada grandes compañias que invirtió en investigación. Entre ellos se encuentran General Electric, Cargill, IBM, Cisco Systems.

Por lo tanto, es importante eliminar todos los momentos "peligrosos" en lugar de "esparcir" polvo inteligente por todas partes.