Smart Dust: la polvere è già abbastanza intelligente da aiutare una persona. Cos'è la Smart Dust e come la sua diffusione cambia il mondo che ci circonda Smart Dust

IPLIT RAS e il Laboratorio di Ricerca Intellettuale “LINTECH” si sviluppano tecnologia distribuita reti di sensori (RSS). Il direttore generale di LINTECH LLC parla di quanto sia realistico per il nostro Paese fare un salto senza precedenti nello sviluppo dell'industria RCC. Yuri Aurenio.

Sfortunatamente, ci sono settori strategicamente importanti del progresso tecnologico in cui la Russia, durante i periodi della perestrojka, del caos degli anni ’90 e del raggiungimento della stabilità politica all’inizio del 21° secolo, è rimasta irrimediabilmente indietro rispetto all’Occidente e al potenziale in rapida crescita del progresso tecnologico. le tigri asiatiche.

Tra questi settori della scienza figurano la microelettronica, la cibernetica tecnica, la robotica e molti altri settori che costituiscono la base per la transizione delle economie dei paesi all'industria del 5° ordine tecnologico. Particolarmente degno di nota è lo sviluppo delle tecnologie delle telecomunicazioni e della comunicazione, da cui dipendono maggiormente l'efficienza della gestione e la qualità del controllo sui più importanti impianti di produzione, nonché sull'intero complesso dei cosiddetti impianti di produzione. Economia nazionale.

Vale la pena ammetterlo Standard Wi-Fi e Bluetooth, che percepiamo come avanzato e soprattutto mezzi efficaci le comunicazioni sono tutt'altro che moderne e affidabili. Sempre più dispositivi vengono introdotti nell'uso pratico di massa in tutto il mondo. reti di sensori distribuiti (DSN), pronti a funzionare come “polvere intelligente” - si organizzano in modo indipendente in un'unica rete intelligente e controllano appartamenti, edifici residenziali, intere città e persino continenti in base a migliaia di parametri target.

Sono decine di volte più affidabili delle reti wireless esistenti e consentono la creazione di sistemi per risolvere automaticamente una vasta gamma di compiti vitali praticamente senza alcun intervento umano. Ci sono ancora oggi possibilità di colmare questo divario creato dall’uomo e di spingere la Russia nell’ultima carrozza del treno in partenza delle innovazioni avanzate nel campo delle telecomunicazioni senza fili.

Il progetto più promettente per lo sviluppo di chip domestici dello standard ZigBee e il software per la loro applicazione attiva in vari campi può essere chiamato il team dell'Istituto di Laser e Tecnologie informatiche RAS (Shatura) e il Laboratorio di ricerca intellettuale "LINTECH". Il direttore generale di LINTECH LLC parla di quanto sia realistico per il nostro Paese fare un salto senza precedenti nello sviluppo dell'industria RCC. Yuri Aurenio.

─ Yuri, dicci, come si dice sulle dita, qual è la particolarità di questa tecnologia? Le reti di sensori sembrano un po' fantascientifiche...

─ Sarebbe meglio se te lo dicesse il nostro direttore tecnico Igor Voronin, che è uno dei massimi esperti in Russia nel campo degli RSS. Le reti di sensori presentano molte caratteristiche e vantaggi. Ce ne sono forse due principali: i moduli di rete di sensori posizionati in modo casuale si organizzano istantaneamente in modo indipendente in un'unica rete. E il secondo è che Wi-Fi e Bluetooth sono costruiti utilizzando la tecnologia "stella": questo è quando un punto viene distribuito a tutti impostazioni di rete e ad esso sono collegati altri dispositivi "figli" e la rete secondo lo standard ZigBee è in grado di diventare una rete mista, che a sua volta viene formata in una struttura con connessioni casuali. La rete di sensori è MESH. Visivamente non rappresenta una stella (“punto-multipunto”), ma una rete da pesca – cioè ogni elemento di tale rete interagisce con molti elementi vicini, formando la connessione necessaria. Ciò garantisce un'affidabilità notevolmente maggiore della trasmissione dei dati. Maggiore è il numero dei partecipanti, maggiore è l'affidabilità della trasmissione dei dati. La rete può perdere fino al 40% dei dispositivi attivi, pur mantenendo le sue funzionalità di base. L'ambito di applicazione è praticamente illimitato: dai comuni elettrodomestici ai sistemi di monitoraggio e di supporto vitale.

Ma collegare moduli dello stesso standard in un'unica rete non è il compito più difficile. Ciò avviene automaticamente. Ma poi, ciascuna di queste reti ha requisiti diversi: alcune necessitano di trasmettere frequentemente dati dai punti al centro, altre - una volta ogni ora, altre hanno la garanzia di trasmettere dati con una determinata durata, e altre ancora possono avere il compito di accendersi una volta un anno durante un incendio e trasmettere dati e "dormire" per il resto del tempo: le prestazioni della rete dovrebbero essere massime senza sostituire le batterie. Problemi diversi vengono risolti da requisiti di rete diversi. Ciò dà origine a diversi protocolli e algoritmi per l'interazione dei componenti di rete: come “svegliarsi” contemporaneamente per tutti i sensori, trasmettere informazioni e poi addormentarsi di nuovo, in modo da non sprecare energia preziosa in questo caso. Oppure, al contrario, secondo quale schema devono accendersi e andare in modalità sospensione per avere la garanzia di raccogliere e trasmettere i dati al nodo centrale di raccolta ed elaborazione dei dati.

La rete è composta da nodi, i cosiddetti. spendaccioni Ogni nodo è un dispositivo software e hardware, che è un ricetrasmettitore, un chip principale (microprocessore) che elabora i comandi, un moderno alimentatore autonomo e una sorta di sensore. Se non lo sai, un sensore, in russo, è un sensore. A ciascuno di questi moti possono essere collegati diversi sensori. Più sensori colleghiamo a un nodo, più parametri diversi possiamo misurare, ma allo stesso tempo aumenta il consumo di energia della batteria. I sensori sono generalmente standard. Si tratta di misurazioni di temperatura, pressione, umidità, illuminazione, vibrazioni, rumore, posizione nello spazio (inclinometro), numero di giri (encoder), radiazione, monossido di carbonio (CO/CH). Oltre ai sensori è possibile installare anche attuatori controllati. Quindi ogni nodo della rete inizia a funzionare come " casa intelligente- raccoglie le informazioni necessarie e le trasmette per l'elaborazione, quindi riceve un segnale di controllo “dal centro” e lo invia all'attuatore per l'elaborazione. E nessun filo o dubbio sull'affidabilità del sistema.

I sensori possono anche essere progettati appositamente. Ma in questo caso il costo del nodo aumenta notevolmente. Di norma, per costruire una rete vengono utilizzate dozzine di nodi, cercano di utilizzare sensori standard. Sono più economici grazie alla produzione in serie, riparabili o rapidamente sostituibili: l'importante è che soddisfino i parametri richiesti. La rete dispone di coordinatori: mote più intelligenti che eseguono le funzioni di base della sincronizzazione della rete; quando sono accesi, interrogano tutti i dispositivi disponibili e costruiscono una rete basata su di essi. Esistono nodi intermedi: ripetitori o router. E il terzo livello sono i dispositivi finali. I sensori sono collegati a loro. Attraverso i ripetitori viene costruita una rete attraverso la quale i dati raccolti vengono trasmessi in pacchetti e confluiscono tutti in un unico punto di raccolta. La distanza tra i dispositivi, di norma, attualmente non supera i 100 metri. Sebbene i chip siano già stati sviluppati e siano in vendita, comunicano tra loro a una distanza massima di 1 km. È vero, allo stesso tempo, devi capire che se il segnale percorre una distanza maggiore, ciò significa che il consumo della batteria sarà maggiore, la rete consumerà energia più velocemente. Esistono sistemi operativi speciali per le reti di sensori: TinyOS, e tutto lo sviluppo viene solitamente eseguito in linguaggio C, per sistemi operativi simili a Linux.

─ Wow! Con l'aiuto di una tale rete, si scopre che è possibile controllare spazi enormi?

─ Altrimenti! Se, ad esempio, posizioni 64mila gettoni a una distanza di 1 chilometro, il primo e l'ultimo si troveranno nuovamente a una distanza di 1 km. Perché faremo il giro del mondo in questo modo. È vero, nessuno ha ancora condotto tali esperimenti globali, ma in Inghilterra, ad esempio, una rete di sensori viene già utilizzata per controllare l'illuminazione stradale.

─ Hai già qualcosa da mostrare con un esempio pratico?

─ Oggi abbiamo già diversi progetti nella fase di test operativo. Ad esempio, un progetto nel campo del monitoraggio industriale. Sul territorio di Shaturskaya GRES n. 5 è stata implementata una rete RSS per effettuare il controllo termico sulla linea di ricircolo delle pompe di alimentazione dei blocchi n. 1–6. La temperatura della pipeline nell'area di studio è di 230°C in condizioni normali. La precisione della misurazione è di 5–10 gradi, le misurazioni vengono effettuate ogni 10 secondi. Tale monitoraggio tecnologico è possibile non solo nelle imprese energetiche, ma anche nelle caldaie distrettuali, nei quadri elettrici e nella produzione chimica, poiché gli RSS presentano vantaggi: installazione rapida, semplicità e facilità di manutenzione.

Prestiamo grande attenzione all'uso delle reti di sensori nel sistema abitativo e dei servizi comunali. Stiamo già sviluppando in diverse città e villaggi di cottage La regione di Mosca. Considero questa direzione di sviluppo la più promettente, forse insieme ai sistemi di allarme e sicurezza. Ovviamente, utilizzando l'RSS, è possibile effettuare il monitoraggio degli ascensori e dell'ingegneria di tutti i sistemi abitativi e dei servizi comunali della città, nonché organizzare la gestione di tutti dispositivi tecnici sono stati implementati edifici residenziali e amministrativi, raccolta dati dai dispositivi di misurazione necessari per la fatturazione, tutti i tipi di sistemi di allarme (antifurto, incendio) e di sicurezza (pulsanti antipanico, portachiavi), ecc. È molto importante che il sistema di ingegneria interno, basato sul PSS, aiuti in caso di incidenti o perdite Modalità automatica chiudere la valvola a tre vie informando contemporaneamente l'operatore di turno sulla posizione della perdita, evitando così perdite di acqua di emergenza dalla tubazione. È anche possibile controllare la ventilazione, l'umidità e la temperatura nelle stanze. Se questi sistemi funzionano bene, le perdite sono minime e le impostazioni sono flessibili per ciascun utente, tutto ciò porterà a tassi più bassi, interessi da parte delle compagnie assicurative, ecc. ...

Medicinale– monitoraggio remoto dei pazienti. Si prevede di implementare un sistema di monitoraggio dei pazienti nel dipartimento di diagnostica funzionale di MONIKI. I pazienti in ospedale indossano sensori, sotto forma di bracciale, per misurare la pressione, la temperatura e l'attività cardiaca. Trasmettono i dati a un server centrale, dove il medico curante può ottenere informazioni sulle condizioni del paziente attraverso il registratore XBee. È possibile fornire servizi di osservazione medica a pagamento per alcune categorie di pazienti, ad esempio a domicilio. In questo caso il kit PCC viene installato in modo tale che il gateway rilasciato al paziente sia associato al server di archiviazione dati. Il paziente può muoversi rimanendo nel raggio d'azione del punto centrale di raccolta dati. Quindi, in caso di una condizione criticamente pericolosa del paziente, il segnale di allarme viene inviato al server centrale, il segnale di allarme viene elaborato e inviato agli specialisti e i dati completi sul paziente vengono visualizzati affinché il medico curante possa prendere decisioni in merito. azioni necessarie.

Insieme a Rosatom, abbiamo iniziato a studiare la questione del monitoraggio delle radiazioni negli impianti a rischio nucleare. Sono in corso ricerche sulle possibilità, prospettive e problemi dell'utilizzo degli RSS per un sistema di monitoraggio delle condizioni degli edifici degli impianti nucleari di ricerca esistenti (RNI) e di altri impianti a rischio nucleare. L'RSS è stato installato in una parte degli edifici dell'Istituto di ricerca dell'Istituto di ricerca nucleare di Dimitrovgrad ed è stato effettuato uno studio sul comportamento del sistema in condizioni reali. Sono stati riscontrati problemi di affidabilità del sistema quando esposto a una maggiore radiazione di fondo, problemi di propagazione del segnale radio utilizzato per comunicare con i nodi RSS in presenza di ostacoli sotto forma di strutture in cemento "pesante" utilizzate nella costruzione di edifici a rischio di radiazioni e nucleari. anche indagato.

Le Ferrovie Russe stanno sviluppando un sistema per il controllo della temperatura delle sale montate. Utilizzando RSS, questo problema può essere risolto in un modo più economico e affidabile di quanto non venga fatto attualmente, quando la temperatura viene misurata in modo discreto mentre un treno elettrico passa al punto di raccolta dati KTSM. La zona sperimentale, come previsto, sarà allestita presso il deposito Kurovskaya su un treno elettrico per pendolari. Durante la guida il conducente potrà avere informazioni in tempo reale sulla temperatura della sala. Sarà inoltre possibile archiviare i dati raccolti in un database centrale, al quale potrà accedere l'addetto di turno presso la stazione in cui transita il treno elettrico.

C'è interesse per i nostri sistemi nell'edilizia: monitoraggio degli assestamenti e delle deviazioni di edifici e strutture. Potenziale cliente – “Rosstroy”. Nel prossimo futuro si prevede di creare un sistema di monitoraggio distribuito per edifici e strutture basato su RSS per monitorare in tempo reale i valori di cedimento, le deviazioni dalla verticale e l'apertura delle fessure nella zona di costruzione di due pozzi esistenti nella Regione di Mosca, con output dei dati verso un server centrale e pubblicazione sul WEB.

Logistica: controllo sulla circolazione delle merci. Per i complessi logistici automatizzati è possibile organizzare la raccolta dati sui percorsi di movimento degli apparati radio con identificatore univoco tra e all'interno dei magazzini con posizionamento relativo ai punti di raccolta dati e memorizzazione delle informazioni su un server centrale. In questa direzione, con la diffusione di massa delle tecnologie dei sensori, possiamo anche generare informazioni sul flusso di distribuzione delle merci, sulla gestione delle iniziative di marketing, ecc.

È impossibile elencare tutti i progetti di attuazione in questo momento. Vorrei sottolineare ancora una volta che la gamma di applicazioni delle reti di sensori è molto ampia... Oggi abbiamo coperto almeno 20 aree diverse e il lavoro in questa direzione è in corso. Sono in arrivo soluzioni per il Ministero delle situazioni di emergenza, i minatori, le imprese industriali, il sistema educativo...

─ Quindi, sulla base del nostro istituto laser, state sviluppando una versione russa di apparecchiature per reti di sensori?

─ IPLIT RAS lavora con le reti di sensori in termini di sviluppo e studio delle loro varie proprietà. Poiché i chip sono tutti sviluppati in America e prodotti in Cina, in Russia siamo limitati dalla base di microprocessori che possiamo acquistare. Bene, o, come opzione, portalo fuori dall'estero in tasca. Non c'è altra opzione per ora. E studiamo le reti in termini di come renderle operative il più a lungo possibile, o come garantire che il segnale passi in modo affidabile attraverso le reti, e come rendere il percorso dei pacchetti con i dati che le attraversa il più velocemente possibile. . La sinergia derivante da una simile partnership è molto promettente.

─ La scienza russa è molto indietro rispetto ai suoi colleghi stranieri in questo settore?

─ Nella commercializzazione e nello sviluppo pratico siamo ancora molto lontani dal potenziale che già esiste nei centri di ricerca del Giappone, dell'UE e degli USA. In termini scientifici, in Russia si è ora formata una scuola abbastanza forte con i suoi sviluppi unici. Oggi pubblichiamo i risultati anche sulle principali riviste scientifiche internazionali: ci sono progressi. Ora la cosa principale è trovare un motore economico e "corretto" prodotto in serie e questo sarà una svolta nella tecnologia. Ad esempio, tutti gli elettrodomestici possono iniziare a essere dotati di tali elementi di una rete di sensori - all'interno degli aspirapolvere, lavatrici, televisori, ecc. implementare reti di sensori con sensori di temperatura impostati su 300-400 gradi... I sensori posizionati nei dispositivi domestici negli appartamenti residenziali segnaleranno tramite la rete al centro un incendio nell'armadio di un particolare appartamento molto prima del residente dell'appartamento stesso ... (soprattutto quando non è a casa) . Puoi mettere il sensore nella TV o Centro musicale e durante un'emergenza, questo dispositivo verrà utilizzato per comunicare sull'emergenza. E queste informazioni saranno indirizzabili: ogni chip ha il proprio indirizzo MAC sulla rete, la sua connessione con altri chip e gateway per la raccolta e l'elaborazione dei dati determina praticamente la sua posizione. Nella produzione di massa, questi elementi di rete dovrebbero costare un centesimo e svolgere le loro funzioni come “polvere intelligente”.

─ In generale, il tuo obiettivo è portare questa tecnologia alla perfezione per il consumatore...

─ Sì, inventare tutta l'infrastruttura, il software, i sensori e, ovviamente, i chip stessi, che appartengono alla categoria delle tecnologie critiche ed è impossibile acquistare una licenza per la loro produzione. E se sviluppiamo l'intera linea - sia le interfacce che vari sensori e algoritmi di scambio dati - saremo in grado di produrre sistemi di controllo e monitoraggio completi e già pronti, entrare nel mercato, compreso quello globale, e creare servizi.

─ Raccontaci, a che punto è il progetto adesso? Per quanto ne so, ora ti trasferirai a Skolkovo...

─ Mentre avevamo la scienza pura. Alla fine dello scorso anno abbiamo presentato domanda di residenza presso la Fondazione Skolkovo, abbiamo ricevuto una decisione positiva e dalla primavera del 2013 siamo residenti a pieno titolo del centro di innovazione. Skolkovo è un'opportunità per attrarre finanziamenti, sviluppare un progetto fino alla fase di commercializzazione e avere uno status dignitoso. Non possiamo farlo con i nostri soldi. Oggi stiamo attraversando la fase di costruzione di soluzioni prototipali, formazione di zone sperimentali, elaborazione dei risultati della ricerca, finalizzazione e brevettazione delle nostre invenzioni.

─ Secondo i piani, quando raggiungerete la fase di implementazione commerciale?

─ Penso entro la fine del prossimo anno.

─ Quanto è già stato investito nel progetto?

─ Circa 15 milioni.

─ Dollari?

─ No, rubli. Ora stiamo progettando di attrarre investimenti esterni per continuare il nostro lavoro verso l'ottenimento di un risultato commerciale. Siamo sicuri al 100% del nostro successo.

─ Cosa bisogna fare per creare una “polvere intelligente” a buon mercato? Hai un piano per rendere la tecnologia poco costosa?

─ Qui c'è solo una ricetta: la domanda di massa. Un chip per la ricerca oggi costa più di 30 dollari, anche i primi 100 chip costano già 1.800 dollari, è ovvio che milioni non dovrebbero costare più di 1-2 dollari. Poi arriverà il momento della “polvere intelligente”.

─ Per la produzione di massa è necessario creare un impianto in serie?

─ Innanzitutto dobbiamo creare gli elementi base e l'infrastruttura hardware della tecnologia. Siamo in contatto con Compagnia russa ITFY, che ci fornirà CAD per lo sviluppo di componenti microelettronici. I colleghi dell'ITFY, guidati dal presidente dell'azienda Leonid Svatkov, insieme alla IBM Corporation, hanno lanciato il progetto ITFY appositamente per la Russia, che ha aperto il "Centro di tecnologia elettronica" (CET) - per una soluzione infrastrutturale completa per lo sviluppo collettivo di chip e circuiti stampati basato sulla piattaforma hardware e software IBM. La creazione del Centro per le tecnologie elettroniche (CET) è stata annunciata allo SPIEF 2012.

─ Quale volume di produzione si prevede di creare?

─ È difficile dirlo... Tecnologia Wi-Fi e il Bluetooth oggi è presente in ogni telefono cellulare e viene prodotto e venduto in milioni di unità. Ci concentriamo sulla stessa copertura con la nostra rete. SU Telefono cellulare Non facciamo pretese, ma elettrodomestici, automobili, giocattoli, console, computer e molto altro ancora possono fornire la copertura desiderata. Affinché il progetto sia redditizio, è necessario entrare nel mercato mondiale. Se lanciamo il progetto correttamente adesso e non abbiamo problemi con i finanziamenti, tra 5 anni le reti di sensori saranno ovunque.

─ Perché Skolkovo?

─ Skolkovo offre tutte le condizioni possibili per lo sviluppo attivo dei progetti contanti per la ricerca e lo sviluppo. Stiamo già negoziando con una serie di noti fondi di venture capital la possibilità di attrarre investimenti di venture capital nel progetto. In futuro contatteremo noti leader mondiali in questo campo con l'obiettivo di creare un'impresa di produzione congiunta. I grandi investitori capiscono che se c’è un reale interesse e si può investire in una tecnologia promettente, allora si può ottenere un risultato commerciale decente. Skolkovo ha tutte le possibilità per ottenere finanziamenti e supporto completo per il progetto. Pertanto, l'atmosfera è molto amichevole.

─ Capisco. A Skolkovo completerai i tuoi sviluppi scientifici, progetterai chip, quindi troverai un investitore, stamperai i chip in Cina, creerai software per vari compiti della rete di sensori e infine creerai prodotti finiti - per il Ministero delle situazioni di emergenza, i vigili del fuoco, ecc.?

─ Stampare i propri componenti è ancora un compito per il futuro. Oggi, la cosa principale è lo sviluppo di vari algoritmi di rete che forniscono soluzioni a vari problemi tecnici, lo sviluppo di protocolli di scambio dati, interfacce, sistemi distribuiti di raccolta dati e calcoli. I nostri sviluppi sono applicabili in qualsiasi rete con uno standard approvato, quindi, per ora, nella prima fase, lasciamo che stampino tutto in Cina, formino reti in tutto il mondo e lasciamo che le reti utilizzino il nostro software di interazione per eseguire i compiti assegnati. Anche se sarebbe bello pubblicare un set completo da un'unica fonte e, in futuro, penso che arriveremo a questo.

─ E tutto questo verrà realizzato nei prossimi due o tre anni?

─ Sì... abbiamo dei progetti solo per un paio d'anni. La cosa principale, ovviamente, è il finanziamento. Ma noi non rimaniamo fermi... Numerosi grandi fondi di rischio sono già attivamente interessati al nostro progetto, perché la tecnologia delle reti di sensori è una delle più promettenti dal punto di vista commerciale, una prestazione globale, si potrebbe dire.

─ Dove prendi il filmato? A quanto ho capito, ce n'è una carenza.

─ È sempre difficile trovare personale tecnico altamente qualificato; cerchiamo nelle regioni: lì ci sono ancora teste brillanti e veri talenti. Oggi diversi istituti di ricerca sono interessati al tema delle reti di sensori: lavoreremo anche con loro.

─ Base tecnologica - in questo istituto di ricerca sul laser?

─ Attendiamo con impazienza una partnership reciprocamente vantaggiosa con IPLIT RAS... Lo sviluppatore che guida questa direzione presso l'istituto, capo del dipartimento di tecnologia dell'informazione Igor Voronin, è anche il direttore tecnico di LINTECH. Si rivela una partnership molto produttiva. E con l'ufficio principale per lo sviluppo ci trasferiamo a Skolkovo.

─ Dicono che sia molto difficile arrivarci. Servono anche le mazzette...

─ Personalmente non conosco la possibilità di arrivare a Skolkovo per soldi. Negli ultimi 2 anni, lui stesso ha partecipato attivamente a 3 progetti innovativi: ora sono tutti residenti nella fondazione. Un'azienda sta sviluppando attivamente un software che consente di ottenere automaticamente modelli 3D già pronti dalla fotografia panoramica o sferica. A proposito, abbiamo anche proposto di utilizzare soluzioni touch per ottimizzare in modo significativo questo lavoro. Altri progetti riguardano, ad esempio, la tecnologia di applicazione di pitture e vernici... Si è scoperto che anche questo è un argomento promettente. Le indicazioni sono completamente diverse...

La mia opinione è che Skolkovo abbia creato un adeguato sistema esperto per una valutazione completa di idee e sviluppi unici. Se sei riuscito a trasmettere chiaramente i principi di base della tua idea e lo sviluppo si inserisce nel quadro esistente del centro di innovazione, tutto qui, ottieni lo status di residente e il lavoro.

─ Vuoi dire che qualsiasi sviluppatore russo di tecnologia promettente che abbia una strategia chiara e un team già pronto per la sua implementazione possa effettivamente arrivare a Skolkovo?

─ Se hai un'idea che ritieni brillante e comprendi chiaramente tutte le fasi per il suo sviluppo, realizzazione, realizzazione di un profitto, vieni e parliamone... Mi occupo di tali progetti, formalizzo l'idea secondo gli standard internazionali, lavoro elaboro il progetto dal punto di vista commerciale e di investimento, per poi promuoverlo presso parchi tecnologici, incubatori di imprese e fondi di investimento. E questo potrebbe non essere solo Skolkovo. Oggi ci sono molti compiti di interazione. Anche all'interno dello stesso cluster, a volte alcuni sviluppatori non sanno cosa fanno gli altri... e capita che siano partner ideali che perdono un enorme potenziale sinergico.

─ Che tipo di scandali di corruzione ci sono stati a Skolkovo? Correva voce che volessero addirittura seppellire l'intero progetto...?

─ Ciò non ha influenzato le attività delle aziende innovative. Mentre lavoriamo, continuiamo a lavorare. Ne abbiamo abbastanza delle nostre impressioni. E Skolkovo, nonostante tutta l'invidiosa euforia dei suoi malvagi, oggi ha ricevuto una seconda ventata e continua a svolgere il suo scrupoloso lavoro per coltivare l'industria dell'innovazione nazionale...

La nuova generazione di dispositivi smartdust (“smartdust”) aprirà la possibilità di raccolta dati wireless in tempo reale, il che porterà a cambiare le idee sui sistemi ingegneristici, sull’assistenza sanitaria e sull’interazione con l’ambiente. Come sono comparsi tali dispositivi e cosa attualmente ne frena lo sviluppo - nel materiale del giornalista Leonid Chernyak, preparato appositamente per TAdviser.

All'inizio degli anni '90 del XX secolo, attraverso gli sforzi congiunti dell'agenzia di difesa americana DARPA e della Rand Corporation, furono creati i primi dispositivi di informazione autonomi mote (pallino, particella) delle dimensioni di una scatola di fiammiferi. Erano costituiti da sensori che misuravano determinati indicatori ambientali, un computer, un trasmettitore e un dispositivo di alimentazione (da rete, batterie o celle solari).

Questi granelli erano destinati esclusivamente a scopi militari e di intelligence, ma 5-7 anni dopo, a seguito della "rivoluzione sensoriale" iniziata allora, apparvero dispositivi simili per uso civile. Allo stesso tempo, è nato il nome moderno della tecnologia, smartdust (polvere intelligente), e il suo singolo componente è ancora chiamato mote. Il mote, sfuggito al controllo dei servizi speciali, è stato concepito per una varietà di scopi, ad esempio per monitorare strutture ingegneristiche complesse, principalmente ponti, che si degradano durante il funzionamento sotto l'influenza di fattori esterni (precipitazioni, vento, temperatura, vibrazioni, sale , che provoca corrosione). Forse a causa della mancanza di tale controllo, il ponte è crollato a Genova nell’agosto 2018. Ghiacciai, foreste, vulcani, oceano e tutto il resto necessitano di un monitoraggio costante.

Le copie sperimentali dei granelli dei primi anni 2000 assomigliavano al dispositivo mostrato nella figura seguente. È stato realizzato presso l'Università di Berkeley, centro accademico del nuovo movimento. Il capo della direzione era il professor Kirs Pister, noto per il suo lavoro nel campo dei dispositivi microelettromeccanici e fondatore della società Dust Networks. L'entusiasmo dei creatori e il tradizionale stato d'animo radicale di sinistra di Berkeley hanno dato origine allo slogan: "Sensori di tutto il mondo - unitevi!" Gli analisti si interessarono all'innovazione e Gartner, senza esitazione, pose smartdust al primo posto nella sua curva di hype nel 2003 con la prospettiva di implementazione entro 10 anni

E c'era qualcosa a cui pensare. L’idea della polvere intelligente è tanto ovvia quanto difficile da implementare. Non è un caso che la successiva apparizione della tecnologia smartdust sulla curva Gartner sia avvenuta solo nel 2013. Ma dal 2015, ogni anno è stato posto al punto di partenza con una prospettiva più che decennale sul raggiungimento della maturità tecnologica. La ragione principale del ripetuto ritorno alla posizione precedente è rimasta l'insufficiente preparazione delle tecnologie di rete e di comunicazione.

Fino a poco tempo fa, “reti di polvere” molto specifiche rimanevano del tutto originali. Sono stati creati isolandosi da altri tipi di reti, ma non per desiderio di originalità. Si trattava di una misura necessaria poiché sul mercato non c'era nulla che soddisfacesse le loro esigenze.

Il punto di partenza per l'approccio delle reti radio è il fatto che, per definizione, la potenza di trasmissione di ogni singolo dispositivo è trascurabile. Di conseguenza, abbiamo scelto di creare la rete tecnologia senza fili Multi-hop, che si basa sul principio della catena, ovvero ogni nodo funge da relè per gli altri. La topologia full-mesh garantisce affidabilità e tolleranza ai guasti. All'interno della rete, il trasferimento dei dati viene effettuato utilizzando il proprio TSMP (Time Synchronized Mesh Protocol) (proprietario), sviluppato da Dust Networks, e quindi la rete è connessa a Internet tramite un gateway. Per un’azienda con cinquanta dipendenti questo è un risultato.

Nel corso di un decennio e mezzo, la dimensione del granello si è ridotta a pochi millimetri cubi e il costo è sceso a 10 dollari o meno. Ma questo non basta ancora per la diffusione di massa della smartdust, perché resta il problema della comunicazione. La situazione potrebbe cambiare radicalmente con l’avvento della tecnologia comunicazioni mobili Bluetooth 5.0 di quinta generazione e . In questo caso non è necessaria una rete alberghiera e ogni mote può essere collegato direttamente a Internet.

La nuova generazione di smartdust aprirà la possibilità della raccolta dati wireless in tempo reale, il che porterà a cambiare le nostre idee sui sistemi ingegneristici, sull’assistenza sanitaria e sull’interazione con l’ambiente. Miliardi, se non trilioni, di dispositivi in ​​grado di trasmettere dati e interagire con feedback saranno in grado di trasmettere su richiesta un'ampia varietà di indicatori fisici e chimici dell'ambiente disponibili. I dispositivi possono essere alimentati da batterie ed estrarre energia dall'ambiente (vibrazioni, luce). Possono essere localizzati in uno qualsiasi dei luoghi più inaccessibili. C’è motivo di credere che la smartdust, in quanto fenomeno onnicomprensivo, finirà per assorbire l’Internet delle cose (IoT), il simbolo della Quarta Rivoluzione Industriale.

Per analogia con WWW (World Wide Web), possiamo dire che utilizzando smartdust, il mondo si sta trasformando in un unico Real World Web. È ancora difficile immaginare una vita in cui le informazioni sono illimitate, dove impareremo tutto, da un banale messaggio sulla necessità di sostituire uno spazzolino da denti a ricevere informazioni affidabili su tutti gli altri oggetti ingegneristici e naturali.

Tuttavia, il mondo della completa apertura dell’informazione è minacciato dall’effetto Grande Fratello descritto da James Orwell nel romanzo “1984”. Questo pericolo viene solitamente ricordato quando si parla nei social network e in molti altri casi di persone che entrano in contatto con varie forme di tracciamento. Pertanto, uno dei compiti principali delle future tecnologie smartdust sarà la conservazione dello spazio privato (privacy).

Dopo il 2013 è emersa un’ondata ancora modesta di startup, che hanno preparato il campo per la loro partecipazione a smartdust. La maggior parte di loro non è arrivata al livello di sistema di Dust Networks, prendendo una strada diversa e ponendosi obiettivi limitati per giustificare l'investimento in essi. Ad esempio, Koto Air (Slovenia), QwikSense (Olanda), Wynd Technologies e Birdi (entrambi) offrono sistemi per il monitoraggio dello stato dell'atmosfera nelle case, negli istituti scolastici e negli ospedali. American CivicSmart – gestione dei parcheggi.

È ovvio che queste aziende si stanno preparando per il futuro, risolvendo problemi specifici; stanno sviluppando segretamente sensori progettati per la connessione tramite canali di comunicazione di quinta generazione. Ma ci sono anche aziende con obiettivi più seri, tra cui Cubeworks (USA), che produce sensori subminiaturizzati e la piattaforma Cubisens per la raccolta di informazioni e l'archiviazione di dati.

Il sensore CubeWorks è costituito da quattro componenti situati su un singolo chip:

• Processore ARM Cortex M0 e memoria da 4 KB
• Caricabatterie
• Radio trasmettitore
• Sensore

Il consumo energetico in modalità standby è di 8 nW. Aumenta durante la trasmissione, ma Caricabatterie, che forniscono 10 nW per 1 millimetro quadrato in condizioni di illuminazione ambientale, in combinazione con una batteria garantiscono un periodo di funzionamento illimitato.

Anche i grandi fornitori prestano attenzione allo smartdust, in primis IBM. L’azienda ha tradizionalmente sviluppato il tema del computer pervasivo, che è logicamente vicino allo smartdust. Tuttavia, ora probabilmente si sta virando verso lo smartdust.

Il gigante blu non fa tutto velocemente. La saggezza popolare dice che IBM inizia a sviluppare un segmento di mercato solo se supera il miliardo. Apparentemente l'azienda sta ancora aspettando, ma chiaramente all'inizio.

Il punto chiave di smartdust è un processore economico e potente. Può essere prodotto in serie, quindi in preparazione per il futuro, la società ha annunciato il computer più piccolo del mondo alla conferenza Think 2018. La sua dimensione è 1 quadrato. mm. Nonostante le sue dimensioni miniaturizzate, è paragonabile in potenza all'Intel 8086. E in questo millimetro quadrato, oltre al processore e alla memoria, c'è una fotocellula che alimenta il dispositivo e una coppia di fotodiodo/fotorilevatore incorporata che fornisce la comunicazione ottica. con il mondo esterno. Il costo del dispositivo nella produzione di massa è inferiore a 10 centesimi.

Cos'è la polvere intelligente? Video.

I successori di questo computer, che supportano la comunicazione tramite un canale radio, possono diventare la base per i futuri dispositivi smartdust. Fino ad allora, un computer autonomo con comunicazione ottica può fungere da tag per certificare l’autenticità del prodotto. È impossibile fingere e leggere i dati con lo smartphone non costa nulla. La produzione di massa di questo tipo di tag costituirà la base per lo smartdust nel prossimo futuro.

Il concetto di polvere intelligente è stato introdotto da Christopher Pister dell’Università della California, Berkeley nel 2001.

Il termine "polvere intelligente", che non è del tutto familiare all'alta tecnologia, si riferisce a sensori in miniatura che hanno capacità di calcolo e comunicazone wireless, nonché memoria per l'archiviazione di dati ed elementi sensibili per la misurazione dei parametri ambientali.
Smart Dust è perfetto per organizzare reti wireless in cui i nodi comunicano tra loro secondo necessità. Una rete di questo tipo ha capacità di calcolo distribuite e la larghezza di banda della rete aumenta con le sue dimensioni. Oltre ai sensori stessi, le reti di sensori comprendono anche una serie di “gateway”. Questi ultimi sono necessari per raccogliere, elaborare e inoltrare informazioni dai sensori che li circondano. Nella prima fase di sviluppo del concetto di “polvere intelligente”, i creatori di sensori hanno cercato strenuamente di ridurne le dimensioni. Tuttavia, l’esperienza della loro attuazione ha dimostrato che la miniaturizzazione non è sempre accolta con favore nell’industria. Pertanto, i primi campioni di "polvere intelligente" creati da Intel Corporation sono pannelli di 3 x 3 cm.
Un'altra applicazione dei nuovi sensori già implementata è il monitoraggio dei sistemi di approvvigionamento idrico. I sensori sono installati sui tubi dell'acqua e segnalano il tremolio del tubo e l'umidità dell'ambiente a un gateway speciale situato da qualche parte su una lampada o in casa all'interno del raggio di comunicazione wireless dei sensori. I sensori sono alimentati da batterie e i gateway sono alimentati dalla rete. A Boston una rete del genere viene già gestita con successo.

Attualmente è in fase di realizzazione la seconda generazione di sensori “smartdust”. Si basano su un processore XScale a 32 bit e un processore speciale viene utilizzato per comprimere le informazioni e per garantire la sicurezza. Le dimensioni dei nuovi sensori sono quasi due volte inferiori a quelle della generazione precedente. I nuovi sensori hanno una grande memoria RAM e FLASH e possono funzionare in base a sistema operativo Linux. Inoltre, hanno capacità di immissione di informazioni ad alta velocità, ad esempio, da videocamere.

Un'area di ricerca separata è la questione dell'approvvigionamento energetico. Esistono, ad esempio, progetti per alimentare sensori da pannelli solari di 10x10 cm e si stanno esplorando le possibilità di convertire le vibrazioni dei meccanismi in elettricità. Con l’aiuto di sensori di nuova generazione, intendono realizzare la loro idea di “calcolo proattivo o anticipatorio”.
Fino ad ora i computer fanno solo ciò che gli esseri umani dicono loro di fare. Ma in futuro, i nostri PC anticiperanno essi stessi le nostre esigenze e agiranno in modo indipendente nel nostro interesse. Il computer analizzerà la situazione attuale, effettuerà calcoli proattivi e ci offrirà alcune opzioni possibili ulteriori azioni, e in alcuni casi agirà anche da solo, liberandoci dalla necessità di eseguire procedure di routine.

Le reti di sensori, costituite da molti dispositivi autonomi miniaturizzati indipendenti con capacità di comunicazione wireless, saranno in grado di auto-organizzarsi nella rete e interagire tra loro e con il “centro”, pur avendo un impressionante margine di affidabilità.

Polvere intelligente per la guerra

Il concetto di “polvere intelligente” è stato preso in prestito dal racconto “Invincibile” di Stanislaw Lem e fino a poco tempo fa era considerato una cosa di un lontano futuro. Si basa sull'idea di un microrobot, un meccanismo le cui dimensioni sono misurate in millimetri o addirittura micron. Un singolo microrobot, come una singola formica, è praticamente incapace di fare qualsiasi cosa. Tuttavia, molti di loro, raccolti in un unico posto, diventano come una famiglia di miliardi di formiche tropicali, distruggendo tutti gli esseri viventi sul loro cammino.

Uno di modi possibili La sua applicazione, inventata dall'esercito americano, è quella di sconfiggere i carri armati nemici: una nuvola di microrobot carichi di carica avvolge un veicolo blindato ed esplode. O la distruzione fisica delle forze nemiche utilizzando microesplosivi. Dopo essere stata lanciata da un aereo (senza pilota, ovviamente), la nuvola cerca automaticamente i bersagli, si divide in ammassi delle dimensioni necessarie per distruggerli, si attacca ad essi, penetra in luoghi non protetti e contemporaneamente viene fatta esplodere. L'esplosione volumetrica che ne risulta brucia i sistemi di controllo delle apparecchiature e devasta con la massima efficienza i rifugi antiaerei più protetti e inaccessibili alle armi convenzionali.

Applicazioni più pacifiche, come la ricognizione e lo spionaggio, richiedono algoritmi software molto più complessi e la capacità di utilizzare sofisticate apparecchiature di sorveglianza e comunicazione. Pertanto, secondo gli esperti, con l’aiuto della polvere intelligente questo diventerà fattibile non prima del 2014-2017. Lo scenario d'azione qui sarà il seguente. Una nuvola dispersa in prossimità di un oggetto importante si muove impercettibilmente verso di esso, scegliendo contemporaneamente i luoghi ottimali in cui collocare sottonuvole specializzate. La nuvola di videosorveglianza, di cui ogni granello di polvere rappresenta un pixel separato della matrice con un'interfaccia di comunicazione con i suoi vicini, cerca di prendere una posizione migliore per una visione più ampia dello spazio. Gli insetti (o forse i "moscerini") stabiliscono il controllo sui suoni. La parte più difficile, ovvero il trasferimento delle informazioni al quartier generale dell'intelligence, difficilmente sarà possibile nel prossimo futuro senza l'invio di un agente con un dispositivo in grado di leggerle, come nei moderni sistemi RFID.

E in Russia?

Nell'aprile 2007, il capo del nanocentro dell'Istituto per l'energia di Mosca, Andrei Aleksenko, ha riferito sullo sviluppo in corso di nanoarmi in Russia. Secondo lui, il vantaggio principale di quest’arma è che “non esiste altra protezione contro di essa oltre alla nanoprotezione”. Non ha chiarito l'essenza del lavoro degli scienziati russi al riguardo, citando la segretezza degli sviluppi.
Per garantire la sicurezza nazionale, la Russia ha bisogno di sviluppare nanotecnologie a duplice uso. A suo avviso, tali sviluppi contribuiranno a proteggere i confini, oltre a proteggerci dai disastri causati dall’uomo. Infine, la cosiddetta “smartdust” è una ricognizione completa del territorio, ma ciò è possibile solo con lo sviluppo della moderna micro e nanoelettronica.

A sua volta, Putin, quando era ancora presidente, nel 2007 ha incaricato il primo vice primo ministro Sergei Ivanov di monitorare la corretta spesa dei fondi pubblici stanziati per lo sviluppo della nanoindustria. "Si tratta di un'area di attività per la quale lo Stato non risparmierà alcuna spesa", ha detto il presidente, intervenendo a una riunione presso il centro scientifico dell'Istituto Kurchatov.

Putin ha poi sottolineato che lo Stato “fornisce molto denaro” per questi scopi, e che “è necessario investirlo affinché venga utilizzato in modo efficace e produca un rendimento”. “È anche molto importante conoscere gli obiettivi”, ha osservato Putin, per poi elencarli lui stesso: “La nanotecnologia sarà sicuramente un’industria chiave per la creazione di armi sia offensive che difensive ultramoderne e ultra efficaci, nonché di armi comunicazioni”.

In Gran Bretagna, 50 dispositivi sono stati riuniti in uno sciame.

Gli scienziati britannici hanno recentemente presentato i loro sviluppi in questo settore. Il loro interesse scientifico si è concentrato sullo studio degli altri pianeti: dispositivi “intelligenti” grandi come un granello di sabbia, che voleranno nel vento, potranno aiutare, in particolare, nello studio di Marte.
Tali dispositivi saranno costituiti da un microchip di computer ricoperto da un guscio di plastica, che sarà in grado di cambiare forma quando viene applicato un impulso elettrico e quindi muoversi nella direzione determinata dall'operatore. La "polvere" di elettroni potrebbe essere collocata nel naso delle sonde spaziali e rilasciata nell'atmosfera di altri pianeti, dove verrebbe trasportata dal vento.

Gli esperti dell'Università di Glasgow in Scozia hanno presentato i risultati degli sviluppi in questo settore ai loro colleghi in una riunione dell'Associazione nazionale degli astronomi. Il dottor John Barker, professore presso il Centro di ricerca sulla nanoelettronica di Glasgow, afferma che con l'aiuto delle reti wireless, questi microdispositivi con un raggio di un millimetro potrebbero, se necessario, formare sciami. Secondo Barker oggi esistono chip e dispositivi di dimensioni adeguate.

Se si utilizza un certo carica elettrica Se "raggrinzisci" il guscio polimerico di un dispositivo del genere, il granello di polvere salirà più in alto e se lo appiattisci scenderà. E le reti wireless consentiranno ai microdispositivi di essere riuniti in “stormi” e creati dal dottor Barker e dai suoi colleghi modello matematico questo processo.

“Abbiamo visto che la maggior parte delle particelle può ‘parlare’ solo con i vicini più vicini, ma quando sono molte, possono comunicare su distanze molto maggiori”, ha spiegato lo scienziato scozzese. "Durante la simulazione siamo riusciti a integrare 50 dispositivi in ​​un unico sciame - e ci siamo riusciti nonostante il forte vento."

Gli scienziati hanno già dimostrato le capacità della “polvere intelligente”, nella quale – in un volume di diversi centimetri cubi – si trovano sensori, fonti di energia, dispositivi di comunicazione digitale e celle di rete. Ma se verranno utilizzati per esplorare altri pianeti, avranno bisogno di sensori, e gli attuali sensori chimici sono troppo grandi per adattarsi a un “granello di sabbia” di elettroni volanti. I ricercatori sperano, tuttavia, che nei prossimi decenni compaiano sensori molto più piccoli.

Nell'aprile 2007, John Barker ha esplorato la possibilità di esplorare la superficie di Marte utilizzando una varietà di sensori wireless in miniatura, "polvere intelligente", che possono spostarsi sulla superficie da un punto all'altro, cambiandone la forma. Il dottor Barker ha sviluppato un modello computerizzato con il quale ha osservato il movimento di 30mila sensori in miniatura sulla superficie di Marte. Ogni dispositivo nel modello potrebbe determinare la sua posizione e anche cambiare la sua forma, trasformando una superficie liscia in una irregolare e viceversa. I sensori dalla forma liscia possono essere facilmente raccolti e trasportati dal vento marziano e, quando acquisiscono una forma irregolare, cadono nuovamente sulla superficie di Marte a causa dell'aumento della resistenza dell'ambiente. Pertanto, modificando la forma dei dispositivi, è possibile controllarne il movimento. I risultati del calcolo hanno mostrato che circa il 70% dei sensori sarà in grado di coprire con successo un determinato percorso di 20 km di lunghezza.

Nel frattempo, la ricerca interplanetaria è lungi dall’essere l’unico campo di applicazione della polvere intelligente. Altri potrebbero includere l’uso di microdispositivi per raccogliere informazioni sul campo di battaglia o incorporarli nel cemento per monitorare la “salute” di ponti, edifici e altre strutture dall’interno.

Soluzione russa.

Tuttavia, i robot possono anche svolgere compiti pacifici, ad esempio esplorare lo spazio vicino alla Terra con l’aiuto di stormi di microsatelliti. Ciò solleva un problema difficile: come controllare simultaneamente più meccanismi. Immaginiamo che decine di migliaia di robot debbano essere controllati da un centro. Dovrebbe esserci un potente supercomputer lì, in grado di tracciare la posizione di ciascun robot e dargli istruzioni. Ciò richiede molto tempo e inoltre è molto pericoloso: il centro di controllo potrebbe guastarsi. È molto più semplice consentire a ciascun robot di accettare decisioni indipendenti e coordinare le loro azioni con quelle dei loro vicini.

L'algoritmo d'azione, inventato dai ricercatori russi del Taganrog Radio Engineering Institute nel 2003, è il seguente. Innanzitutto, i robot formano un’unica nuvola. Gli vengono comunicate le coordinate degli obiettivi. Ogni robot, conoscendo le proprie coordinate e quelle dei bersagli, seleziona il bersaglio più vicino e decide se dirigersi verso di esso. Per fare ciò, scopre quanti robot si sono già diretti verso questo obiettivo. Se il loro numero è sufficiente, inizia a cercare un altro bersaglio o rimane in riserva. In caso contrario, decide di attaccare e avvisa i vicini. Quindi la nuvola si scompone molto rapidamente in frammenti, grappoli, che si muovono verso i loro obiettivi.

Il processo di clustering deve essere rinnovato periodicamente. Ciò è necessario per tenere conto dei cambiamenti nell’ambiente operativo. Ad esempio, se un robot esce dal gioco, il cloud dovrebbe saperlo e sostituirlo rapidamente con uno di backup. Allo stesso modo, è necessario tenere conto dei cambiamenti nelle coordinate del bersaglio: potrebbe allontanarsi troppo da alcuni robot nel cluster. Ciò significa che sarà necessario portargli ulteriori forze.

Le simulazioni al computer hanno dimostrato che l’approccio proposto è molto efficace e che l’algoritmo decisionale per i microrobot è così semplice che può essere facilmente implementato nei piccoli cervelli elettronici di queste creature in miniatura. Inoltre, l'intera procedura risulta essere estremamente flessibile, in grado di tenere rapidamente conto sia della perdita di microrobot che dei cambiamenti nel comportamento dei bersagli.

Gli Stati Uniti stanno già testando attivamente la “polvere intelligente”.

Anche negli Stati Uniti si sta sviluppando la cosiddetta “smartdust”. Nel 2002, Hans Mulder, direttore di Intel Research presso l’Università della California, Berkeley, affermò che si trattava di “dispositivi con sensori microscopici e autoalimentati con capacità di comunicazione wireless”. Secondo lui i dispositivi esistono già e sono inoltre in fase di sperimentazione.

In futuro, migliaia di questi sensori wireless a basso costo, collocati in un’ampia gamma di luoghi, saranno collegati in rete autonomamente e alimentati da fonti di alimentazione integrate entro pochi anni. Nel frattempo le reti di sensori possono essere costituite solo da poche centinaia di “granelli di polvere”, poiché questi dispositivi rimangono troppo costosi e il loro tempo di funzionamento è solo di pochi giorni. Secondo Mulder, il principale ostacolo all'adozione diffusa delle reti di sensori è l'alto costo degli alimentatori, che costano circa 150 dollari.

L’esercito americano prevede di spendere miliardi di dollari per implementare la polvere intelligente. Credono che ne valga la pena: la "polvere intelligente" composta da nanorobot lanciati sul territorio nemico può causare gravi danni al nemico. I robot riprodurranno la propria specie da materiale di scarto e spia, trasmettendo informazioni al computer principale, e su comando del Centro passeranno all'offensiva: penetreranno nei corpi dei soldati nemici (uccidendoli o semplicemente immobilizzandoli), fermeranno qualsiasi motore, reindirizzare qualsiasi segnale o semplicemente esplodere, distruggendo attrezzature e manodopera su un vasto territorio. Mulder ha detto che gli scienziati americani hanno sviluppato diverse reti di sensori basate sul principio della “polvere intelligente”. Una rete è in fase di test in combattimento in Afghanistan, dove l’esercito americano ha schierato diverse migliaia di sensori per tracciare i movimenti delle attrezzature militari. Un'altra rete viene utilizzata a Wild Duck Island nel Maine, dove gli scienziati la stanno utilizzando per studiare la migrazione delle procellarie, e un'altra fa parte del sistema di simulazione dei terremoti di Berkeley.

"Smart Dust" è già in vendita

Dust Networks, il cui direttore tecnico è Kristopher Pister, uno dei pionieri del concetto di "polvere intelligente" - reti distribuite di dispositivi ultra-piccoli che supportano lo scambio di dati wireless - ha introdotto sul mercato il suo primo prodotto. Il primo kit intelligente per il test della polvere, chiamato SmartMesh, è composto da 12 dispositivi in ​​miniatura chiamati “mote”. Il prezzo dell'intero kit, compresi i dispositivi e il software stesso, è di 4.950mila dollari.

Dispositivi collegati linee senza fili trasmissioni e possono trasmettere dati da sensori che monitorano la temperatura, la velocità del vento, l'umidità o altri parametri. Sono essenzialmente router wireless alimentati a batteria. Con il loro aiuto puoi creare, ad esempio, sistemi di controllo processi di produzione o sistemi di sicurezza. Il tasso di scambio dei dati dei “granelli di polvere” è relativamente basso, il che consente un basso consumo energetico e energia da fonti autonome. Ciò, a sua volta, può ridurre significativamente il costo dei sistemi operativi basati su di essi, poiché non è necessario cablare le reti di alimentazione e fornisce inoltre una flessibilità di sistema senza precedenti.
SmartMesh è un “livello” che consente di organizzare lo scambio di dati tra altri due “livelli”: sensori, da un lato, e sistema informativo, all'interno del quale operano, dall'altro. Ogni "granello di polvere" rappresenta un nodo rete senza fili scambio dati con un consumo energetico estremamente basso. I dati vengono trasferiti da un nodo all'altro, in modo simile a come vengono trasferiti i pacchetti su Internet, tranne per il fatto che il sistema Smart Dust utilizza un protocollo di trasferimento dati diverso invece di TCP/IP, che è diventato di fatto lo standard del settore. Un'altra differenza è che la tecnologia è stata sviluppata per mantenere i dispositivi spenti per la maggior parte del tempo. “Se tieni la radio sempre accesa”, osserva ragionevolmente Chris Pister, “le batterie dureranno solo poche settimane”. La nuova tecnologia ha permesso di ottenere un risultato sorprendente: un singolo "granello di polvere" sulle batterie AA può durare tre anni senza sostituirle. Software Business 2.0, fornito con i mote, consente loro di organizzare autonomamente la rete e garantire un consumo energetico così basso.

Secondo gli autori dello sviluppo, man mano che il concetto di "polvere intelligente" si diffonderà, i produttori inizieranno a dotare letteralmente ogni dettaglio, dispositivo e ogni stanza di sensori, il che aprirà la possibilità di monitorare e gestire un'ampia gamma di processi tecnologici o, ad esempio, il consumo energetico in tempo reale. Ciò consentirà, in particolare, di aumentare l’efficienza produttiva, creare sistemi di sicurezza più affidabili (dotare l’intero perimetro protetto di sensori di vibrazione) e migliorare la produttività dei campi (posizionando sensori di umidità e acidità nel terreno di ciascuna pianta).
Dare vita all’idea della “polvere intelligente” ha richiesto investimenti considerevoli. Dust Networks ha ricevuto un totale di oltre 7 milioni di dollari per il suo sviluppo da aziende come Foundation Capital e Institutional Venture Partners. Una di queste era In-Q-Tel, una società di capitale di rischio finanziata dalla CIA. Dust Networks non ha ancora fornito dati su quanto costeranno ai clienti le grandi reti industriali “smartdust”.

Prossimo futuro.

In generale, gli scenari in cui le reti di sensori potrebbero essere utilizzate in modo razionale sono moltissimi: dal monitoraggio dello stato del vigneto (umidità, temperatura, maturazione, presenza di insetti dannosi) a un sistema di sicurezza completo in grado di controllare letteralmente tutto: dalla presenza di trasgressori in aree controllate al monitoraggio dell'atmosfera per radiazioni e sostanze tossiche. Idealmente, in futuro tutto sarà dotato di sensori, dagli edifici cittadini alle automobili fino al corpo umano.

I fisici americani hanno scoperto che un nanotubo risuona con un campo radio. Sulla base di ciò, hanno costruito un ricevitore in grado di ricevere segnali dall'esterno ad una frequenza di circa 300-400 megahertz, ovvero è possibile regolare la portata radio del tubo. Il tubo funge sia da antenna che da ricevitore. La prossima sfida per le reti di sensori in futuro è la loro implementazione su scala micro e nanometrica. Nel corpo umano, in un edificio, in una struttura e così via. Tra dieci anni le nanotecnologie con nanotrasmettitori entreranno nella nostra vita quotidiana.

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"Pensare canna" è una famosa frase che, che caratterizza il potenziale mentale totale dell'umanità, è stata formulata dal famoso filosofo, naturalista e scrittore francese Blaise Pascal. Oggi, a quanto pare, i ricercatori americani hanno escogitato una nuova definizione simile per l'intelligenza artificiale collettiva: "polvere intelligente"!

Si noti che il concetto stesso di “polvere intelligente” lo è smartdust introdotto nell'uso scientifico dallo scienziato americano Christopher Pister dell'Università della California nel 2001. Tuttavia, anche prima, precisamente nel 1992, negli Stati Uniti sotto gli auspici della DARPA è stato creato il Microsystems Technology Bureau (MTO), il cui scopo era quello di creare dispositivi microelettronici e fotonici compatti, come ad esempio i microprocessori, come così come vari tipi di sistemi microelettromeccanici Il lavoro è stato svolto molto attivamente, a seguito del quale negli stessi anni '90 è stato creato un modello del robot MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle) presso il Sandia National Laboratory, con un volume di solo circa un pollice cubo.

Inoltre, come si suol dire, di più e già nel 2000 le sue dimensioni sono state ridotte di quattro volte! Inoltre, nonostante le sue dimensioni, la “macchina” è dotata di un processore con 8 KB di memoria, un sensore di temperatura, un microfono, una videocamera e un sensore chimico. In futuro, si prevedeva di dotare questo robot di comunicazione wireless in modo che molti di questi microrobot potessero unirsi per risolvere alcuni problemi comuni.

Ebbene, è necessario, ad esempio, forse per (come presume l'esercito americano) avvolgere, diciamo, un carro armato sotto forma di nuvola, quindi penetrare attraverso fessure e perdite all'interno del veicolo e quindi esplodere a comando! Aggiungendo tali microsensori alla vernice utilizzata sugli aerei, potremo ottenere informazioni sullo stato delle sue superfici. E se sono dipinti in ambienti chiusi, saranno in grado di segnalare la presenza di incendio, fumo e persino livelli eccessivi di anidride carbonica. Naturalmente, tale vernice sarà significativamente più costosa del solito, quindi il suo utilizzo in locali residenziali non è un futuro molto prossimo, ma sui sottomarini nucleari e sulle centrali elettriche potrà essere utilizzato letteralmente domani - è solo una questione di "piccole cose" - creare tali microdispositivi e fornire loro energia. Esiste già un campione di un millimetro cubo, dotato di un sensore di temperatura, di movimento e di un trasmettitore di segnali radio. Cos'è un millimetro?!

È forte la tentazione, dice Joshua Smith, direttore del Sensory Systems Laboratory dell'Università di Washington a Seattle, di coprire tutto ciò che ci circonda con tali sensori e istruirli a tracciare fenomeni e oggetti di nostro interesse. Ma qui sorge il problema del loro approvvigionamento energetico. Tuttavia, anche oggi stanno lavorando su questo problema e in più direzioni contemporaneamente. Potrebbero trattarsi di minuscoli pannelli solari posizionati direttamente sul “retro” di questi minuscoli robot, oppure di generatori termoelettrici che convertono il calore in corrente elettrica.

Il lavoro sulla “polvere intelligente” è in corso non solo all’estero, ma anche in Russia. In particolare, gli scienziati del Taganrog State Radio Engineering Institute hanno creato un modello matematico che consente, in linea di principio, di capire come controllare le nuvole di tali microrobot e come dovrebbero agire tutti insieme per completare il compito. Inizialmente formano un'unica massa, che riceve un compito dal computer di controllo. Ogni robot, determinando le sue coordinate e le coordinate del bersaglio, scopre innanzitutto quanti robot sono più vicini a lui e se ce ne sono abbastanza per completare l'attività. Se "sì", cerca un altro obiettivo, se "no", si precipita verso l'oggetto. Si formano così gruppi di robot, ognuno dei quali svolgerà il proprio compito.

Una bella soluzione, certo, ma che, come molto spesso accade nella scienza, dà origine a un problema completamente diverso. Il fatto è che la connessione di questi micro-moti con il centro di controllo e tra loro richiederà un enorme consumo di energia. Sembra però che una soluzione sia già stata trovata dal Dr. John Baiker del Centre for Nanoelectronics di Glasgow. A suo avviso, le informazioni da un robot all'altro possono essere trasmesse lungo una catena, il che ridurrà significativamente i costi energetici.

Immagina un mondo in cui dispositivi senza fili la dimensione di un cristallo di sale. Questi “nani” sono dotati di alimentazione autonoma e potenza di calcolo. Inoltre, ci sono telecamere e meccanismi per la trasmissione dati senza fili. Tali sistemi microelettromeccanici (MEMS) sono chiamati polvere intelligente. E presto potrebbero “diffondersi” nel quartiere. Scopriamo di cosa si tratta e dove vengono utilizzati i "granelli di polvere".

Cosa può fare la polvere intelligente?

I MEMS sono dotati di minuscoli sensori in grado di rilevare qualsiasi cosa, dalle fluttuazioni della luce alle vibrazioni della temperatura. A causa delle loro dimensioni miniaturizzate, i dispositivi possono rimanere sospesi nello spazio come particelle di polvere. Loro possono:

• raccogliere enormi quantità di dati, tra cui accelerazione, tensione, pressione, umidità, suono e altro;
• elaborare tutto questo utilizzando il computer integrato;
• archiviare i dati in memoria;
• trasmettere informazioni in modalità wireless al cloud, alla base o ad altri “granelli di polvere”.

Stampa 3D su scala microscopica

La stampa di componenti di polvere su una stampante 3D disponibile in commercio renderà la tecnologia accessibile. In precedenza, abbiamo esaminato in dettaglio l’uso della tecnologia in diversi ambiti della vita umana.

Lenti ottiche di sensori miniaturizzati ti consentiranno di ottenere immagini di altissima qualità. Adesso non possiamo nemmeno immaginarlo.

Applicazione pratica della polvere intelligente

Il potenziale della polvere intelligente di raccogliere informazioni sull’ambiente in modo incredibilmente dettagliato avrà un impatto su molti aspetti. È come se la tecnologia Internet of Things (IoT) fosse moltiplicata per miliardi. Ecco solo alcuni esempi applicazione pratica polvere intelligente.

• Monitorare attentamente le colture per determinare la necessità di irrigazione, fertilizzazione e controllo degli insetti.
• Monitoraggio delle apparecchiature per la manutenzione puntuale.
• Identificare le carenze e la corrosione prima del guasto del sistema.
• Monitoraggio di persone e prodotti a fini di sicurezza.
• Misurare tutto ciò che può essere misurato. E quasi ovunque.
• Controllo della consegna dei prodotti dal produttore al negozio, compreso il trasporto con qualsiasi mezzo.
• Applicazione in medicina: diagnosi senza intervento chirurgico. E anche il controllo dei dispositivi che aiutano le persone con disabilità a interagire con strumenti che le aiutano a vivere in modo indipendente.
• I ricercatori dell’Università della California, Berkeley, hanno pubblicato un articolo sul potenziale della polvere intelligente. Se viene impiantato in modo da "cospargere" il cervello, allora puoi ottenerlo feedback sulla sua funzionalità.

Perché la polvere intelligente è pericolosa?

Ci sono ancora problemi che ostacolano l’uso diffuso della polvere intelligente. Eccone alcuni.

Riservatezza

Gli esperti sono preoccupati per i problemi di privacy dei MEMS. I dispositivi intelligenti possono registrare qualunque cosa siano programmati per registrare. A causa delle loro dimensioni in miniatura, sono difficili da individuare. E qui puoi accendere la tua immaginazione sull'argomento: cosa succederebbe se la polvere intelligente cadesse nelle mani sbagliate...

Controllo

Miliardi di particelle di polvere intelligenti si disperdono facilmente nell'area selezionata. E metterli insieme, se necessario, non è un compito facile.

Date le loro dimensioni, le particelle di polvere sono difficili da rilevare. E tutte le particelle provengono da "in polvere" - e ancora di più. Inoltre, anche un piccolo numero di “elementi non rilevati” continuerà a far trapelare informazioni.

Prezzo

Questa è una nuova tecnologia. Pertanto, i costi della sua attuazione sono molto elevati. Fino a quando i costi non diminuiranno, la polvere intelligente sarà fuori portata per molti.

La polvere intelligente distrugge il mondo?

La tecnologia MEMS può essere dirompente per l’economia e per il mondo nel suo complesso. Questa è l’opinione di chi lo sviluppa dal 1992. La stessa idea è supportata grandi aziende che hanno investito nella ricerca. Tra questi ci sono General Electric, Cargill, IBM, Cisco Systems.

Pertanto, è importante rimuovere tutti i momenti “pericolosi” piuttosto che “spargere” polvere intelligente ovunque.