Gudri putekļi: putekļi jau ir pietiekami gudri, lai palīdzētu cilvēkam. Kas ir viedie putekļi un kā to izplatība maina pasauli mums apkārt Viedie putekļi

Attīstās IPLIT RAS un Intelektuālo pētījumu laboratorija "LINTECH". izplatīta tehnoloģija sensoru tīkli (RSS). LINTECH LLC ģenerāldirektors stāsta par to, cik reāli mūsu valstij ir veikt vēl nebijušu lēcienu RCC nozares attīstībā. Jurijs Aurēnijs.

Diemžēl ir stratēģiski nozīmīgas tehnoloģiskā progresa nozares, kurās Krievija perestroikas, 90. gadu haosa un 21. gadsimta sākuma politiskās stabilitātes periodos bezcerīgi atpalika no Rietumiem un strauji augošā potenciāla. Āzijas tīģeri.

Starp šādām zinātnes jomām ir mikroelektronika, tehniskā kibernētika, robotika un daudzas citas jomas, kas ir pamatā valstu ekonomiku pārejai uz 5.tehnoloģiskā pasūtījuma nozari. Īpaši izceļama ir telekomunikāciju un sakaru tehnoloģiju attīstība, no kurām visvairāk ir atkarīga vadības efektivitāte un kontroles kvalitāte pār svarīgākajām ražotnēm, kā arī visu tā saukto ražotņu kompleksu. Tautsaimniecība.

Ir vērts to atzīt Wi-Fi standarti un Bluetooth, ko mēs uztveram kā progresīvu un visvairāk efektīvi līdzekļi sakari ir tālu no modernākajiem un uzticamākajiem. Arvien vairāk tiek ieviesti masveida praktiskā lietošanā visā pasaulē. sadalītie sensoru tīkli (DSN), kas ir gatavi darboties kā “gudrie putekļi” – neatkarīgi organizējas vienā viedā tīklā un kontrolē dzīvokļus, dzīvojamās ēkas, veselas pilsētas un pat kontinentus, pamatojoties uz tūkstošiem mērķa parametru.

Tie ir desmitiem reižu uzticamāki par esošajiem bezvadu tīkliem un ļauj izveidot sistēmas, kas automātiski risina milzīgus svarīgus uzdevumus, praktiski bez cilvēka iejaukšanās. Vēl šodien ir izredzes aizpildīt šo cilvēka radīto plaisu un iestumt Krieviju progresīvās inovācijas bezvadu telekomunikāciju jomā aizejošā vilciena pēdējā vagonā.

Visdaudzsološākais projekts ZigBee standarta vietējo mikroshēmu izstrādei un programmatūras to aktīvai pielietošanai dažādās jomās var saukt par Lāzera institūta komandu un informācijas tehnoloģijas RAS (Shatura) un Intelektuālo pētījumu laboratorija "LINTECH". LINTECH LLC ģenerāldirektors stāsta par to, cik reāli mūsu valstij ir veikt vēl nebijušu lēcienu RCC nozares attīstībā. Jurijs Aurēnijs.

─ Juri, pastāsti mums, kā saka uz pirkstiem, kāda ir šīs tehnoloģijas īpatnība? Sensoru tīkli izklausās mazliet zinātniski...

─ Būtu labāk, ja mūsu tehniskais direktors Igors Voroņins pastāstītu, ka viņš ir viens no vadošajiem ekspertiem Krievijā RCC jomā. Sensoru tīkliem ir daudz funkciju un priekšrocību. Iespējams, ir divi galvenie: nejauši izvietoti sensoru tīkla moduļi uzreiz neatkarīgi organizējas vienā tīklā. Un otrs ir tas, ka Wi-Fi un Bluetooth tiek veidoti, izmantojot “zvaigznes” tehnoloģiju - tas ir, kad viens punkts tiek sadalīts visiem tīkla iestatījumi tam ir pievienotas citas “bērnu” ierīces, un tīkls pēc ZigBee standarta spēj kļūt par jauktu tīklu, kas pats veidojas struktūrā ar nejaušiem savienojumiem. Sensoru tīkls ir MESH. Vizuāli tas attēlo nevis zvaigzni (“punkts-daudzpunkts”), bet gan zvejas tīklu – t.i. katrs šāda tīkla elements mijiedarbojas ar daudziem blakus esošajiem elementiem, veidojot nepieciešamo savienojumu. Tas nodrošina ievērojami lielāku datu pārraides uzticamību. Jo vairāk dalībnieku, jo lielāka datu pārraides uzticamība. Tīkls var zaudēt līdz pat 40% aktīvo ierīču, vienlaikus saglabājot pamata funkcionalitāti. Pielietošanas joma ir praktiski neierobežota - no parastas sadzīves tehnikas līdz nopietnām uzraudzības un dzīvības uzturēšanas sistēmām.

Bet viena standarta moduļu savienošana vienā tīklā nav grūtākais uzdevums. Tas notiek automātiski. Bet tad katram šādam tīklam ir atšķirīgas prasības - dažiem ir bieži jāpārraida dati no punktiem uz centru, citiem - reizi stundā, citiem tiek garantēta datu pārsūtīšana ar noteiktu laiku, bet citiem var būt uzdevums vienu reizi ieslēgties. gadu ugunsgrēka laikā un pārsūtiet datus, bet pārējo laiku "guļ" - tīklam jābūt maksimālai veiktspējai, nenomainot baterijas. Dažādas problēmas tiek atrisinātas ar dažādām tīkla prasībām. Tas rada dažādus protokolus un algoritmus tīkla komponentu mijiedarbībai - kā vienlaikus “pamosties” visiem sensoriem, pārraidīt informāciju un pēc tam atkal aizmigt, lai šajā gadījumā netērētu dārgo enerģiju. Vai, gluži pretēji, pēc kādas shēmas viņiem jāieslēdzas un jāiet gulēt, lai garantētu datu apkopošanu un pārsūtīšanu uz centrālo datu vākšanas un apstrādes mezglu.

Tīkls sastāv no mezgliem - tā sauktajiem. tērētāji Katrs mezgls ir programmatūras un aparatūras ierīce, kas ir raiduztvērējs, galvenā mikroshēma (mikroprocesors), kas apstrādā komandas, moderns autonoms barošanas avots un sava veida sensors. Ja jūs nezināt, sensors krievu valodā ir sensors. Katrai šādai motei var pieslēgt vairākus dažādus sensorus. Jo vairāk sensoru pievienojam vienam mezglam, jo ​​vairāk dažādu parametru varam izmērīt, bet tajā pašā laikā palielinās akumulatora enerģijas patēriņš. Sensori parasti ir standarta. Tie ir temperatūras, spiediena, mitruma, apgaismojuma, vibrācijas, trokšņa, stāvokļa telpā (inklinometri), apgriezienu skaita (kodētāji), starojuma, oglekļa monoksīda (CO/CH) mērījumi. Papildus sensoriem var uzstādīt arī vadāmus izpildmehānismus. Pēc tam katrs tīkla mezgls sāk darboties kā " gudra māja- savāc nepieciešamo informāciju un nosūta to apstrādei, pēc tam saņem vadības signālu “no centra” un izsniedz to izpildmehānismam apstrādei. Un nekādu vadu vai šaubu par sistēmas uzticamību.

Sensori var būt arī īpaši izstrādāti. Bet šajā gadījumā mezgla izmaksas strauji palielinās. Parasti tīkla izveidošanai tiek izmantoti desmitiem mezglu, viņi mēģina izmantot standarta sensorus. Tie ir lētāki masveida ražošanas dēļ, labojami vai ātri nomaināmi – galvenais, lai atbilstu nepieciešamajiem parametriem. Tīklam ir koordinatori - gudrāki moteļi, kas veic tīkla sinhronizācijas pamatfunkcijas, ieslēdzot, tie aptaujā visas pieejamās ierīces un uz tām balstās tīklu veido. Ir starpmezgli - retranslatori vai maršrutētāji. Un trešais līmenis ir gala ierīces. Sensori ir piestiprināti pie tiem. Caur retranslatoriem tiek izveidots tīkls, caur kuru savāktie dati tiek pārsūtīti paketēs un tie visi nonāk vienā savākšanas punktā. Attālums starp ierīcēm, kā likums, pašlaik nepārsniedz 100 metrus. Lai gan mikroshēmas jau ir izstrādātas un ir pārdošanā, tās savā starpā sazinās līdz 1 km attālumā. Tiesa, tajā pašā laikā jums ir jāsaprot, ka, ja signāls virzās lielākā attālumā, tas nozīmē, ka būs lielāks akumulatora patēriņš, tīkls ātrāk iztērēs enerģiju. Sensoru tīkliem ir īpašas operētājsistēmas - TinyOS, un visa izstrāde parasti tiek veikta C valodā, operētājsistēmām, kas līdzīgas Linux.

─ Oho! Ar šāda tīkla palīdzību izrādās, ka ir iespējams kontrolēt milzīgas telpas?

─ Citādi! Ja, piemēram, ievietojat 64 tūkstošus žetonu 1 kilometra attālumā, tad pirmais un pēdējais atkal būs 1 km attālumā. Jo mēs šādā veidā apbrauksim visu pasauli. Tiesa, šādus globālus eksperimentus vēl neviens nav veicis, taču, piemēram, Anglijā jau tagad ielu apgaismojuma kontrolei tiek izmantots sensoru tīkls.

─ Tev jau ir ko parādīt ar praktisku piemēru?

─ Šodien mums jau ir vairāki projekti testa darbības stadijā. Piemēram, projekts rūpnieciskās uzraudzības jomā. Šaturskaja GRES Nr. 5 teritorijā tika izvietots RSS tīkls, lai veiktu termokontroli bloku Nr. 1–6 padeves sūkņu recirkulācijas līnijā. Cauruļvada temperatūra pētāmajā zonā normālā stāvoklī ir 230°C. Mērījumu precizitāte ir 5-10 grādi, mērījumi tiek veikti ik pēc 10 sekundēm. Šāda tehnoloģiskā uzraudzība iespējama ne tikai enerģētikas uzņēmumos, bet arī rajonu katlu mājās, elektrības sadales paneļos un ķīmiskajā ražošanā, jo RSS ir priekšrocības: ātra uzstādīšana, vienkāršība un viegla apkope.

Lielu uzmanību pievēršam sensoru tīklu izmantošanai mājokļu un komunālo pakalpojumu sistēmā. Jau tagad vairākās pilsētās attīstāmies un kotedžu ciemati Maskavas apgabals. Šo attīstības virzienu uzskatu par perspektīvāko, iespējams, kopā ar signalizācijas un apsardzes sistēmām. Acīmredzot, izmantojot LAD, var veikt visu pilsētas dzīvojamo un komunālo sistēmu liftu un inženiertehnisko uzraudzību, kā arī organizēt visu tehniskās ierīces dzīvojamās un administratīvās ēkas, ieviesta rēķinu izrakstīšanai nepieciešamo datu vākšana no mērierīcēm, visa veida signalizācijas (zaglis, ugunsgrēks) un apsardze (panikas pogas, atslēgu piekariņi) u.c. Ir ļoti svarīgi, lai iekšējā inženiertehniskā sistēma, kuras pamatā ir PSS, palīdzētu avāriju vai noplūžu gadījumos. automātiskais režīms noslēdz trīsceļu vārstu, vienlaikus informējot dežurējošu dispečeru par noplūdes vietu, tādējādi novēršot avārijas ūdens noplūdi no cauruļvada. Ir iespējams arī kontrolēt ventilāciju - mitrumu un temperatūru telpās. Ja šīs sistēmas darbojas labi, zaudējumi ir minimāli, iestatījumi ir elastīgi katram lietotājam - tas viss novedīs pie zemākām likmēm, apdrošināšanas kompāniju procentiem utt. ...

Medicīna– pacientu attālināta novērošana. MONIKI funkcionālās diagnostikas nodaļā plānots izvietot pacientu uzraudzības sistēmu. Slimnīcā esošie pacienti valkā sensorus – rokassprādzes veidā – spiediena, temperatūras un sirdsdarbības mērīšanai. Tie pārraida datus uz centrālo serveri, kur ārstējošais ārsts var iegūt informāciju par pacienta stāvokli, izmantojot XBee ierakstītāju. Dažām pacientu kategorijām ir iespējams nodrošināt maksas medicīniskās novērošanas pakalpojumus, piemēram, mājās. Šajā gadījumā PCC komplekts ir uzstādīts tā, lai pacientam izsniegtā vārteja būtu saistīta ar datu uzglabāšanas serveri. Pacients var pārvietoties, atrodoties centrālā datu vākšanas punkta diapazonā. Pēc tam pacienta kritiski bīstama stāvokļa gadījumā trauksmes signāls nonāk centrālajā serverī, trauksmes signāls tiek apstrādāts un izsniegts speciālistiem, un tiek parādīti pilni dati par pacientu, lai ārstējošais ārsts pieņemtu lēmumus par nepieciešamās darbības.

Kopā ar Rosatom mēs sākām pētīt jautājumu par kodolbīstamo objektu radiācijas monitoringu. Tiek veikti pētījumi par iespējām, perspektīvām un problēmām izmantot LAD esošo pētniecības kodoliekārtu (RNI) un citu kodolbīstamo objektu ēku stāvokļa monitoringa sistēmai. RSS tika izvietots daļā Kodolpētniecības institūta Pētniecības institūta ēku Dimitrovgradā, un tika veikts pētījums par sistēmas uzvedību reālos apstākļos. Sistēmas uzticamības problēmas, pakļaujot pastiprinātam fona starojumam, radiosignāla izplatīšanās problēmas, ko izmanto, lai sazinātos ar RSS mezgliem šķēršļu klātbūtnē konstrukciju veidā, kas izgatavotas no “smagā” betona, ko izmanto radiācijas un kodolbīstamu ēku celtniecībā. tika izmeklēti arī objekti.

Krievijas dzelzceļš izstrādā sistēmu riteņpāra temperatūras kontrolei. Izmantojot RSS, šo problēmu var atrisināt lētāk un uzticamāk, nekā tas tiek darīts pašlaik, kad temperatūra tiek mērīta diskrēti, elektrovilcienam braucot garām KTSM datu vākšanas punktam. Eksperimentālā zona, kā plānots, tiks izvietota Kurovskas depo piepilsētas elektrovilcienā. Braucot, vadītājs reāllaikā varēs iegūt informāciju par riteņpāra temperatūru. Savāktos datus būs iespējams glabāt arī centrālajā datu bāzē, kurai varēs piekļūt stacijas dežurants stacijā, kurā kurs elektrovilciens.

Interese par mūsu sistēmām ir celtniecībā - ēku un būvju nosēdumu un noviržu uzraudzībā. Potenciālais klients – “Rosstroy”. Tuvākajā laikā plānots izveidot uz LAD balstītu izkliedētu ēku un būvju monitoringa sistēmu, lai reāllaikā uzraudzītu apdzīvojuma vērtības, novirzes no vertikāles un plaisu atvērumu divu Maskavas apgabalā esošo bedru būvniecības zonā, ar datu izvadīšana uz centrālo serveri un publicēšana WEB.

Loģistika – preču kustības kontrole. Loģistikas automatizētajiem kompleksiem ir iespējams organizēt datu vākšanu par radioierīču kustības maršrutiem ar unikālu identifikatoru starp noliktavām un noliktavu iekšienē ar pozicionēšanu attiecībā pret datu vākšanas punktiem un informācijas glabāšanu centrālajā serverī. Šī virziena ietvaros ar sensoru tehnoloģiju masveida izplatīšanu varam ģenerēt arī informāciju par preču izplatīšanas plūsmu, mārketinga iniciatīvu vadību utt.

Šobrīd nav iespējams uzskaitīt visus īstenošanas projektus. Vēlreiz atzīmēšu, ka sensoru tīklu pielietojuma klāsts ir ļoti plašs... Šodien esam aptvēruši vismaz 20 dažādas jomas un darbs šajā virzienā turpinās. Risinājumi ir ceļā Ārkārtas situāciju ministrijai, kalnračiem, rūpniecības uzņēmumiem, izglītības sistēmai...

─ Tātad, pamatojoties uz mūsu lāzera institūtu, jūs izstrādājat sensoru tīklu aprīkojuma krievu versiju?

─ IPLIT RAS strādā ar sensoru tīkliem to dažādo īpašību izstrādes un izpētes ziņā. Tā kā visas mikroshēmas ir izstrādātas Amerikā un ražotas Ķīnā, Krievijā mūs ierobežo mikroprocesoru bāze, ko varam iegādāties. Nu vai, kā variants, izņemt no ārzemēm kabatās. Citu variantu pagaidām nav. Un mēs pētām tīklus saistībā ar to, kā padarīt tos darbspējīgus pēc iespējas ilgāk vai kā nodrošināt, lai signāls tiktu garantēts uzticami caur tīkliem, un kā padarīt pakešu ceļu ar datiem caur tiem pēc iespējas ātrāku. . Sinerģija no šādas partnerības ir ļoti daudzsološa.

─ Vai Krievijas zinātne šajā jomā stipri atpaliek no ārvalstu kolēģiem?

─ Komercializācijā un praktiskajā attīstībā vēl esam ļoti tālu no potenciāla, kas jau ir Japānas, ES un ASV pētniecības centros. Zinātniskā ziņā tagad Krievijā ir izveidojusies diezgan spēcīga skola ar savām unikālām norisēm. Šodien mēs pat publicējam rezultātus vadošos starptautiskos zinātniskos žurnālos – progress ir. Tagad galvenais ir atrast sērijveidā ražotu lētu un “pareizu” dzinēju, un tas būs izrāviens tehnoloģijā.Piemēram, visas sadzīves tehnikas var sākt aprīkot ar šādiem sensoru tīkla elementiem - putekļu sūcējiem iekšā, veļas mašīnas, televizori utt. izvērst sensoru tīklus ar temperatūras sensoriem, kas iestatīti uz 300–400 grādiem... Sadzīves ierīcēs izvietotie sensori visos dzīvojamos dzīvokļos pa tīklu ziņos centram par ugunsgrēku konkrētā dzīvokļa skapī daudz agrāk nekā pats dzīvokļa iedzīvotājs ... (sevišķi, ja viņa nav mājās) . Sensoru varat ievietot televizorā vai mūzikas centrs un ārkārtas situācijā šī ierīce tiks izmantota, lai sazinātos par ārkārtas situāciju. Un šī informācija būs adresējama – katrai mikroshēmai tīklā ir sava MAC adrese, tās savienojums ar citiem čipiem un vārtejām datu vākšanai un apstrādei praktiski nosaka tā atrašanās vietu. Masveida ražošanā šiem tīkla elementiem vajadzētu maksāt vienu santīmu un veikt savas funkcijas, piemēram, "viedie putekļi".

─ Kopumā jūsu mērķis ir panākt šo tehnoloģiju patērētāja pilnībā...

─ Jā - nākt klajā ar visu infrastruktūru, programmatūru, sensoriem un, protams, pašiem mikroshēmām, kas pieder kritisko tehnoloģiju kategorijai un nav iespējams iegādāties licenci to ražošanai. Un, ja izstrādāsim visu līniju - gan interfeisus, gan dažādus sensorus un datu apmaiņas algoritmus -, tad varēsim ražot pilnvērtīgas gatavas vadības un uzraudzības sistēmas, ienākt tirgū, arī globālajā, un izveidot servisus.

─ Pastāstiet, kurā stadijā šobrīd atrodas projekts? Cik man zināms, tu tagad pārvācies uz Skolkovo...

─ Kamēr mums bija tīra zinātne. Pagājušā gada nogalē pieteicāmies rezidentūrai Skolkovo fondā, saņēmām pozitīvu lēmumu un kopš 2013. gada pavasara esam pilntiesīgi inovāciju centra rezidenti. Skolkovo ir iespēja piesaistīt finansējumu, izstrādāt projektu līdz komercializācijas stadijai un iegūt pienācīgu statusu. Mēs to nevaram izdarīt ar savu naudu. Šodien mēs ejam cauri prototipu risinājumu veidošanai, eksperimentālo zonu veidošanai, pētījumu rezultātu apstrādei, izgudrojumu pabeigšanai un patentēšanai.

─ Kad pēc plāna sasniegsiet komerciālās ieviešanas stadiju?

─ Es domāju, ka līdz nākamā gada beigām.

─ Cik daudz projektā jau ir ieguldīts?

─ Aptuveni 15 miljoni.

─ dolāri?

─ Nē, rubļi. Šobrīd plānojam piesaistīt ārējās investīcijas, lai turpinātu darbu pie komerciāla rezultāta iegūšanas. Mēs esam 100% pārliecināti par saviem panākumiem.

─ Kas jādara, lai radītu lētus “gudros putekļus”? Vai jums ir plāns padarīt tehnoloģiju lētu?

─ Šeit ir tikai viena recepte - masu pieprasījums. Viens čips pētniecībai šodien maksā vairāk par 30 USD, pat pirmie 100 čipi jau maksā 1800 USD, skaidrs, ka miljoniem nevajadzētu maksāt vairāk par 1–2 dolāriem. Tad pienāks “gudro putekļu” laiks.

─ Vai masveida ražošanai ir nepieciešams izveidot sērijveida ražotni?

─ Pirmkārt, mums ir jāizveido tehnoloģijas elementu bāze un aparatūras infrastruktūra. Mēs esam kontaktā ar Krievijas uzņēmums ITFY, kas nodrošinās mūs ar CAD mikroelektronisko komponentu izstrādei. Kolēģi no ITFY uzņēmuma prezidenta Leonīda Svatkova vadībā kopā ar korporāciju IBM uzsāka īpaši Krievijai paredzēto ITFY projektu, kas atklāja “Elektronisko tehnoloģiju centru” (CET) – visaptverošam infrastruktūras risinājumam kolektīvai mikroshēmu un mikroshēmu izstrādei. iespiedshēmu plates pamatojoties uz IBM aparatūras un programmatūras platformu. SPIEF-2012 tika paziņots par Elektronisko tehnoloģiju centra (CET) izveidi.

─ Kādu ražošanas apjomu plānots izveidot?

─ Grūti pateikt... Wi-Fi tehnoloģija un Bluetooth mūsdienās ir katrā mobilajā tālrunī, un tos ražo un pārdod miljonos vienību. Mēs koncentrējamies uz to pašu pārklājumu ar mūsu tīklu. Ieslēgts Mobilie telefoni Mēs neizsakām pretenzijas, taču sadzīves tehnika, automašīnas, rotaļlietas, konsoles, datori un daudz kas cits var nodrošināt vēlamo segumu. Lai projekts būtu rentabls, nepieciešams ieiet pasaules tirgū. Ja šobrīd projektu uzsāksim pareizi un nebūs problēmu ar finansējumu, tad pēc 5 gadiem sensoru tīkli būs visur.

─ Kāpēc Skolkovo?

─ Skolkovo nodrošina visus nosacījumus aktīvai projektu attīstībai, to ir iespējams iegūt skaidrā naudā pētniecībai un attīstībai. Mēs jau risinām sarunas ar vairākiem pazīstamiem riska fondiem par iespēju piesaistīt projektam riska ieguldījumus. Nākotnē sazināsimies ar pazīstamiem pasaules līderiem šajā jomā ar mērķi izveidot kopīgu ražošanas uzņēmumu. Lielie investori saprot, ka, ja ir patiesa interese un var ieguldīt perspektīvā tehnoloģijā, tad var iegūt pieklājīgu komerciālu rezultātu. Skolkovo ir visas iespējas iegūt finansējumu un visaptverošu atbalstu projektam. Tāpēc atmosfēra tur ir ļoti draudzīga.

─ Es redzu. Skolkovā jūs pabeigsit savus zinātniskos izstrādnes, projektēsiet mikroshēmas, pēc tam atradīsiet investoru, apzīmogosiet mikroshēmas Ķīnā, izveidosiet programmatūru dažādiem sensoru tīkla uzdevumiem un galu galā izveidosiet gatavus produktus - Ārkārtas situāciju ministrijai, ugunsdzēsējiem utt.?

─ Savu komponentu apzīmogošana joprojām ir nākotnes uzdevums. Mūsdienās galvenais ir dažādu tīkla algoritmu izstrāde, kas nodrošina dažādu tehnisko problēmu risinājumus, datu apmaiņas protokolu, interfeisu, izkliedēto datu vākšanas sistēmu, aprēķinu izstrāde. Mūsu izstrādātie darbi ir piemērojami jebkurā apstiprināta standarta tīklā, tāpēc pagaidām pirmajā posmā ļaujiet viņiem visu apzīmogot Ķīnā, veidot tīklus visā pasaulē un ļaut tīkliem izmantot mūsu mijiedarbības programmatūru, lai veiktu uzticētos uzdevumus. Lai gan būtu arī jauki izdot pilnu komplektu no viena avota, un es domāju, ka nākotnē mēs pie tā nonāksim.

─ Un to visu plānots paveikt tuvāko divu trīs gadu laikā?

─ Jā... mums ir plāni tikai pāris gadiem. Galvenais, protams, ir finansējums. Bet mēs nestāvam uz vietas... Vairāki lieli riska fondi jau šobrīd aktīvi interesējas par mūsu projektu, jo sensoru tīklu tehnoloģija ir viena no perspektīvākajām komerciāli, globāli, varētu teikt.

─ Kur jūs ņemat kadrus? Viņu, cik saprotu, trūkst.

─ Augsti kvalificētu inženieru personālu vienmēr ir grūti atrast, mēs skatāmies reģionos - tur joprojām ir gaišas galvas un īsti talanti. Šodien par sensoru tīklu tēmu interesējas vairāki pētniecības institūti – ar tiem arī strādāsim.

─ Tehnoloģiskā bāze – šajā lāzerpētniecības institūtā?

─ Ceram uz abpusēji izdevīgu sadarbību ar IPLIT RAS... Institūtā šo virzienu vadošais izstrādātājs, informācijas tehnoloģiju nodaļas vadītājs Igors Voroņins, ir arī LINTECH tehniskais direktors. Izrādās, ka tā ir ļoti produktīva partnerība. Un ar galveno attīstības biroju mēs pārceļamies uz Skolkovo.

─ Saka, ka tur ir ļoti grūti nokļūt. Pat kukuļus vajag...

─ Es personīgi nezinu par iespēju nokļūt Skolkovā par naudu. Pēdējo 2 gadu laikā viņš pats ir aktīvi piedalījies 3 inovatīvos projektos - visi tagad ir fonda rezidenti. Viens uzņēmums aktīvi izstrādā programmatūru, kas ļauj automātiski iegūt gatavus 3D modeļus no panorāmas vai sfēriskās fotogrāfijas. Starp citu, mēs arī ierosinājām izmantot pieskārienu risinājumus, lai ievērojami optimizētu šo darbu. Citi projekti saistīti, piemēram, ar krāsu un laku uzklāšanas tehnoloģiju... Izrādījās, ka arī šī ir perspektīva tēma. Virzieni ir pavisam citi...

Mans viedoklis ir tāds, ka Skolkovo ir izveidojis atbilstošu ekspertu sistēmu unikālu ideju un izstrādes visaptverošai novērtēšanai. Ja jums izdevās skaidri nodot savas idejas pamatprincipus un attīstība iekļaujas esošajā inovāciju centra ietvarā - tas ir, jūs iegūstat rezidenta statusu un darbu.

─ Vai vēlaties teikt, ka ikviens Krievijas daudzsološu tehnoloģiju izstrādātājs, kuram ir skaidra stratēģija un gatava komanda tās ieviešanai, patiešām var nokļūt Skolkovā?

─ Ja tev ir ideja, kuru uzskati par izcilu un skaidri saproti visus soļus tās izstrādei, īstenošanai, peļņas gūšanai - nāc un parunāsim... Es uzņemos šādus projektus - noformēju ideju pēc starptautiskajiem standartiem, strādāju Izskatu projektu no investīciju un komerciālā viedokļa, un tad es reklamēju to tehnoloģiju parkos, biznesa inkubatoros un investīciju fondos. Un tas var būt ne tikai Skolkovo. Mūsdienās ir daudz mijiedarbības uzdevumu. Pat viena klastera ietvaros dažkārt daži izstrādātāji nezina, ko dara citi... un gadās, ka viņi ir ideāli partneri, kuri zaudē milzīgu sinerģisko potenciālu.

─ Kādi korupcijas skandāli bija Skolkovā? Bija baumas, ka viņi pat gribēja apglabāt visu projektu...?

─ Tas neietekmēja inovatīvo uzņēmumu darbību. Kā mēs strādājam, mēs turpinām strādāt. Mums pašiem savu iespaidu pietiek. Un Skolkovo, neskatoties uz visu savu ļaundaru skaudīgo ņirgāšanos, šodien ir saņēmusi otro elpu un turpina veikt savu rūpīgo darbu, lai attīstītu vietējo inovāciju nozari...

Jaunās paaudzes viedierīces (“gudrie putekļi”) pavērs iespēju bezvadu datu vākšanai reāllaikā, kas radīs mainīgas idejas par inženiersistēmām, veselības aprūpi un mijiedarbību ar vidi. Kā šādas ierīces parādījās un kas šobrīd bremzē to attīstību - žurnālista Leonīda Čerņaka materiālā, kas sagatavots speciāli TAdviser.

20. gadsimta 90. gadu sākumā ar Amerikas aizsardzības aģentūras DARPA un korporācijas Rand kopīgiem pūliņiem tika izveidotas pirmās autonomās informācijas ierīces, kas ir sērkociņu kastītes izmēra mote (mote, daļiņa). Tie sastāvēja no sensoriem, kas mērīja noteiktus vides rādītājus, datora, raidītāja un barošanas ierīces (no tīkla, baterijām vai saules baterijām).

Šīs motes bija paredzētas tikai militāriem un izlūkošanas mērķiem, bet 5-7 gadus vēlāk toreiz aizsākušās “sensorās revolūcijas” rezultātā parādījās līdzīgas ierīces civilai lietošanai. Tajā pašā laikā dzima mūsdienu tehnoloģijas nosaukums smartdust (smart dust), un tā atsevišķo komponentu joprojām sauc par mote. Mote, kas izbēga no specdienestu kontroles, tika iecerēta dažādiem mērķiem, piemēram, lai uzraudzītu sarežģītas inženierbūves, galvenokārt tiltus, kas ekspluatācijas laikā degradējas ārējo faktoru (nokrišņu, vēja, temperatūras, vibrācijas, sāls) ietekmē. , kas izraisa koroziju). Iespējams, šādas kontroles trūkuma dēļ tilts Dženovā sabruka 2018. gada augustā. Ledājiem, mežiem, vulkāniem, okeānam un visam pārējam ir nepieciešama pastāvīga uzraudzība.

Eksperimentālās mote kopijas no 2000. gadu sākuma izskatījās apmēram kā ierīce, kas parādīta attēlā zemāk. Tas tapis Bērklijas Universitātē, jaunās kustības akadēmiskajā centrā. Virziena vadītājs bija profesors Ķirs Pisters, kurš pazīstams ar savu darbību mikroelektromehānisko ierīču jomā un uzņēmuma Dust Networks dibinātājs. Radītāju entuziasms un Bērklija tradicionālais kreisi radikālais noskaņojums radīja saukli: "Visas pasaules sensori - apvienojieties!" Analītiķi sāka interesēties par jauninājumiem, un Gartner bez vilcināšanās 2003. gadā novietoja smartdust savā ažiotāžas līknes sākuma pozīcijā ar izredzēm ieviest pēc 10 gadiem.

Un bija par ko padomāt. Ideja par viedajiem putekļiem ir tikpat acīmredzama, cik grūti īstenojama. Nav nejaušība, ka nākamreiz Smartdust tehnoloģija uz Gartnera līknes parādījās tikai 2013. gadā. Taču kopš 2015. gada tas katru gadu tiek novietots pašā sākuma punktā ar vairāk nekā desmit gadu perspektīvu tehnoloģiju brieduma sasniegšanai. Galvenais iemesls atkārtotai atgriešanai uz iepriekšējo pozīciju bija tīkla un sakaru tehnoloģiju nepietiekamā sagatavotība.

Vēl nesen ļoti specifiski “putekļu tīkli” palika pilnīgi oriģināli. Tie tika izveidoti izolēti no cita veida tīkliem, bet ne oriģinalitātes vēlmes dēļ. Tas bija nepieciešams pasākums, jo tirgū nebija nekā tāda, kas atbilstu viņu prasībām.

Mote tīkla pieejas sākumpunkts ir fakts, ka pēc definīcijas katras atsevišķas ierīces raidītāja jauda ir niecīga. Rezultātā mēs izvēlējāmies izveidot tīklu bezvadu tehnoloģija Multi-hop, kura pamatā ir ķēdes princips, proti, katrs mezgls kalpo kā relejs pārējiem. Pilna tīkla topoloģija garantē uzticamību un kļūdu toleranci. Tīkla ietvaros datu pārsūtīšana tiek veikta, izmantojot savu (patentēto) TSMP (Time Synchronized Mesh Protocol), ko izstrādājis Dust Networks, un pēc tam tīkls tiek savienots ar internetu, izmantojot vārteju. Uzņēmumam ar piecdesmit darbiniekiem tas ir sasniegums.

Pusotras desmitgades laikā moteļa izmērs ir sarucis tikai līdz dažiem kubikmilimetriem, un izmaksas ir samazinājušās līdz 10 USD vai mazāk. Bet ar to vēl nepietiek viedo putekļu masveida izplatīšanai, jo komunikācijas jautājums paliek. Situācija var būtiski mainīties līdz ar tehnoloģiju parādīšanos mobilie sakari piektās paaudzes Bluetooth 5.0 un . Šajā gadījumā nav nepieciešams viesnīcu tīkls, un katru mote var tieši savienot ar internetu.

Jaunās paaudzes smartdust pavērs iespēju bezvadu datu vākšanai reāllaikā, kas ļaus mainīt mūsu priekšstatus par inženiersistēmām, veselības aprūpi un mijiedarbību ar vidi. Miljardiem, ja ne triljoniem ierīču, kas spēj pārraidīt datus un mijiedarboties ar atgriezenisko saiti, pēc pieprasījuma varēs pārraidīt visdažādākos pieejamos vides fizikālos un ķīmiskos rādītājus. Ierīces var darbināt ar baterijām un iegūt enerģiju no apkārtējās vides (vibrācijas, gaismas). Tās var atrasties jebkurā no visnepieejamākajām vietām. Ir pamats uzskatīt, ka viedie putekļi kā visaptveroša parādība galu galā absorbēs lietisko internetu (IoT), kas ir Ceturtās industriālās revolūcijas simbols.

Pēc analoģijas ar WWW (World Wide Web), mēs varam teikt, ka, izmantojot smartdust, pasaule pārvēršas par vienotu reālo pasaules tīmekli. Joprojām ir grūti iedomāties dzīvi, kurā informācija ir neierobežota, kur mēs uzzināsim visu, sākot no triviāla vēstījuma par nepieciešamību nomainīt zobu birsti un beidzot ar ticamas informācijas saņemšanu par visiem citiem inženiertehniskajiem un dabas objektiem.

Taču pilnīgas informācijas atklātības pasauli apdraud Džeimsa Orvela romānā “1984” aprakstītais Lielā brāļa efekts. Šīs briesmas parasti atceras, runājot par sociālajos tīklos, un daudzos citos gadījumos, kad cilvēki saskaras ar dažādiem viņu izsekošanas veidiem. Tāpēc viens no galvenajiem nākotnes viedo putekļu tehnoloģiju uzdevumiem būs privātās telpas (privātuma) saglabāšana.

Pēc 2013. gada parādījās joprojām pieticīgs jaunuzņēmumu vilnis, kas sagatavoja laukumu dalībai smartdust. Lielākā daļa no tiem nepacēlās līdz Dust Networks sistēmas līmenim, ejot citu ceļu un uzstādot sev ierobežotus mērķus, lai attaisnotu tajos ieguldīto. Piemēram, Koto Air (Slovēnija), QwikSense (Holande), Wynd Technologies un Birdi (abi) piedāvā sistēmas atmosfēras stāvokļa uzraudzībai mājās, izglītības iestādēs un slimnīcās. American CivicSmart – stāvvietu pārvaldība.

Ir acīmredzams, ka šie uzņēmumi gatavojas nākotnei, risinot konkrētas problēmas, slepeni izstrādā sensorus, kas paredzēti savienojumam pa piektās paaudzes sakaru kanāliem. Taču ir arī uzņēmumi ar nopietnākiem mērķiem, starp tiem Cubeworks (ASV), kas ražo subminiatūrus sensorus un Cubisens platforma informācijas vākšanai un datu glabāšanai.

CubeWorks sensors sastāv no četriem komponentiem, kas atrodas vienā mikroshēmā:

• ARM Cortex M0 procesors un 4 KB atmiņa
• Lādētājs
• Radio raidītājs
• Sensors

Enerģijas patēriņš gaidīšanas režīmā ir 8 nW. Pārraides laikā tas palielinās, bet Lādētājs, nodrošinot 10 nW uz 1 kvadrātmilimetru telpas apgaismojuma apstākļos, kombinācijā ar akumulatoru nodrošina neierobežotu darbības laiku.

Lielie pārdevēji pievērš uzmanību arī viedajiem putekļiem, galvenokārt IBM. Korporācija tradicionāli attīstījusi pervasive computing tēmu, kas loģiski ir tuva smartdust. Tomēr tagad tas, iespējams, vēršas pret smartdust.

Zilais milzis nedara visu ātri. Tautas gudrības saka, ka IBM sāk attīstīt tirgus segmentu tikai tad, ja tas pārsniedz miljardu. Acīmredzot korporācija joprojām gaida, bet acīmredzami sākumā.

Smartdust galvenais punkts ir lēts un jaudīgs procesors. To var izgatavot masveida ražošanā, tāpēc, gatavojoties nākotnei, korporācija konferencē Think 2018 paziņoja par pasaulē mazāko datoru. Tās izmērs ir 1 kvadrāts. mm. Neskatoties uz miniatūro izmēru, tas pēc jaudas ir salīdzināms ar Intel 8086. Un šajā kvadrātmilimetrā papildus procesoram un atmiņai ir fotoelements, kas darbina ierīci, un iebūvēts fotodiodes/fotodetektora pāris, kas nodrošina optisko komunikāciju. ar ārpasauli. Ierīces izmaksas masveida ražošanā ir mazākas par 10 centiem.

Kas ir viedie putekļi? Video.

Šī datora pēcteči, kas atbalsta saziņu pa radio kanālu, var kļūt par pamatu nākotnes viedputekļu ierīcēm. Līdz tam atsevišķs dators ar optiskajiem sakariem var darboties kā birka, kas apliecina produkta autentiskumu. To nav iespējams viltot, un datu lasīšana, izmantojot viedtālruni, neko nemaksā. Šāda veida tagu masveida ražošana pārskatāmā nākotnē būs smartdust pamats.

Viedo putekļu jēdzienu 2001. gadā ieviesa Kristofers Pisters no Kalifornijas Universitātes Bērklijā.

Termins “viedie putekļi”, kas nav gluži pazīstams augsto tehnoloģiju jomā, attiecas uz miniatūriem sensoriem, kuriem ir skaitļošanas iespējas un bezvadu sakari, kā arī atmiņa datu glabāšanai un sensitīvie elementi vides parametru mērīšanai.
Smart Dust ir lieliski piemērots bezvadu tīklu organizēšanai, kuros mezgli pēc vajadzības sazinās savā starpā. Šādam tīklam ir sadalītas skaitļošanas iespējas, un tīkla joslas platums palielinās līdz ar tā lielumu. Papildus pašiem sensoriem sensoru tīkli ietver arī vairākas “vārtejas”. Pēdējie ir nepieciešami, lai savāktu, apstrādātu un pārsūtītu informāciju no apkārtējiem sensoriem. Pirmajā “gudro putekļu” koncepcijas izstrādes posmā sensoru veidotāji centās samazināt to izmēru. Taču to ieviešanas pieredze liecina, ka rūpniecībā miniaturizācija ne vienmēr ir apsveicama. Tāpēc pirmie Intel Corporation izveidotie “viedo putekļu” paraugi ir dēļi ar izmēru 3 x 3 cm.
Vēl viens jau ieviests jauno sensoru pielietojums ir ūdensapgādes sistēmu monitorings. Sensori tiek uzstādīti uz ūdensvadiem un signāla caurules drebēšanu un vides mitrumu uz speciālu vārteju, kas atrodas kaut kur uz laternas staba vai mājā sensoru bezvadu sakaru diapazonā. Sensorus darbina baterijas, un vārtejas darbina tīkls. Bostonā šāds tīkls jau veiksmīgi darbojas.

Pašlaik tiek veidota otrās paaudzes “viedo putekļu” sensori. To pamatā ir 32 bitu XScale procesors, un informācijas saspiešanai, kā arī drošības nodrošināšanai tiek izmantots īpašs procesors. Jauno sensoru izmēri ir gandrīz divas reizes mazāki nekā iepriekšējās paaudzes sensoriem. Jaunajiem sensoriem ir liela RAM un FLASH atmiņa, un tie var darboties, pamatojoties uz operētājsistēma Linux. Turklāt tiem ir ātrgaitas informācijas ievades iespējas, piemēram, no videokamerām.

Atsevišķa pētniecības joma ir energoapgādes jautājums. Ir, piemēram, projekti sensoru barošanai no saules paneļiem, kuru izmēri ir 10x10 cm.Tiek pētītas iespējas pārveidot mehānismu vibrāciju elektroenerģijā. Ar jaunās paaudzes sensoru palīdzību viņi plāno īstenot savu ideju par "proaktīvu vai paredzamu skaitļošanu".
Līdz šim datori dara tikai to, ko cilvēki liek darīt. Taču nākotnē mūsu personālie datori paši paredzēs mūsu vajadzības un neatkarīgi darbosies mūsu interesēs. Dators izanalizēs esošo situāciju, veiks proaktīvus aprēķinus un piedāvās konkrētus iespējamos variantus turpmākās darbības, un dažos gadījumos tas pat iedarbosies pats no sevis, atbrīvojot mūs no nepieciešamības veikt ikdienas procedūras.

Sensoru tīkli, kas sastāv no daudzām neatkarīgām miniatūrām autonomām ierīcēm ar bezvadu sakaru iespējām, varēs pašorganizēties tīklā un mijiedarboties savā starpā un ar “centru”, vienlaikus nodrošinot iespaidīgu uzticamības rezervi.

Gudri putekļi karam

Jēdziens “gudrie putekļi” tika aizgūts no Staņislava Lema stāsta “Neuzvaramais” un vēl nesen tika uzskatīts par tālās nākotnes lietu. Tā pamatā ir ideja par mikrorobotu - mehānismu, kura izmēru mēra milimetros vai pat mikronos. Viens mikrorobots, tāpat kā viena skudra, praktiski ne uz ko nav spējīgs. Tomēr daudzas no tām, savāktas vienuviet, kļūst par miljardu tropu skudru ģimeni, kas savā ceļā iznīcina visu dzīvo.

Viens no iespējamie veidi Tās pielietojums, ko izgudroja amerikāņu militāristi, ir sakaut ienaidnieka tankus: mikrorobotu mākonis, kas nes lādiņu, apņem bruņumašīnu un eksplodē. Vai arī ienaidnieka spēku fiziska iznīcināšana, izmantojot mikrosprāgstvielas. No lidmašīnas (protams, bezpilota) izmests mākonis automātiski meklē mērķus, sadalās to iznīcināšanai nepieciešamā izmēra klasteros, turas ap tiem, iekļūst neaizsargātās vietās un vienlaikus tiek detonēts. Iegūtais tilpuma sprādziens sadedzina aprīkojuma vadības sistēmas un izposta visvairāk aizsargātās bumbu patvertnes ar maksimālu efektivitāti, kas nav pieejama parastajiem ieročiem.

Mierīgākām lietojumprogrammām, piemēram, izlūkošanai un spiegošanai, ir nepieciešami daudz sarežģītāki programmatūras algoritmi un spēja izmantot sarežģītas novērošanas un sakaru iekārtas. Tāpēc, pēc ekspertu domām, ar viedo putekļu palīdzību tas kļūs iespējams ne agrāk kā 2014.-2017. Darbības scenārijs šeit būs šāds. Svarīga objekta tuvumā izkliedēts mākonis nemanāmi virzās tam pretī, vienlaikus izvēloties optimālās vietas specializētu apakšmākoņu izvietošanai. Videonovērošanas mākonis, kura katrs putekļu plankums ir atsevišķs matricas pikselis ar komunikācijas interfeisu ar kaimiņiem, cenšas ieņemt labāku pozīciju plašākam telpas kopskatam. Bugs (vai, iespējams, "puči") nodrošina kontroli pār skaņām. Sarežģītākā daļa, informācijas nodošana izlūkošanas štābam, visticamāk, tuvākajā nākotnē nebūs iespējama, nenosūtot aģentu ar ierīci, kas to nolasa, līdzīgi kā mūsdienu RFID sistēmās.

Kā ar Krieviju?

2007. gada aprīlī Maskavas Enerģētikas institūta nanocentra vadītājs Andrejs Aleksenko ziņoja par notiekošo nanoieroču izstrādi Krievijā. Pēc viņa teiktā, šī ieroča galvenā priekšrocība ir tā, ka "pret to nav citas aizsardzības, izņemot nanoaizsardzību." Viņš neprecizēja Krievijas zinātnieku darba būtību, atsaucoties uz notikumu noslēpumu.
Lai nodrošinātu nacionālo drošību, Krievijai ir jāattīsta divējāda lietojuma nanotehnoloģijas. Viņaprāt, šādas norises palīdzēs aizsargāt robežas, kā arī pasargās no cilvēka izraisītām katastrofām. Visbeidzot, tā sauktie “gudrie putekļi” ir pilnīga teritorijas apsekošana, taču tas ir iespējams tikai attīstot modernu mikro- un nanoelektroniku.

Savukārt Putins, vēl būdams prezidents, 2007.gadā uzdeva premjerministra pirmajam vietniekam Sergejam Ivanovam uzraudzīt nanoindustrijas attīstībai atvēlēto valsts līdzekļu pareizu izlietojumu. "Šī ir darbības joma, kurai valsts nežēlos nekādus izdevumus," sacīja prezidents, runājot sanāksmē Kurčatova institūta zinātniskajā centrā.

Pēc tam Putins uzsvēra, ka valsts šiem mērķiem "dod daudz naudas" un "tā ir jāiegulda, lai to izmantotu efektīvi un nestu atdevi". "Ir ļoti svarīgi zināt arī mērķus," atzīmēja Putins un pats tos uzskaitīja: "Nanotehnoloģijas noteikti būs galvenā nozare ultramodernu un īpaši efektīvu gan uzbrukuma, gan aizsardzības ieroču radīšanā. komunikācijas.”

Lielbritānijā 50 ierīces tika apvienotas barā.

Britu zinātnieki nesen iepazīstināja ar savu attīstību šajā jomā. Viņu zinātniskā interese bija vērsta uz citu planētu izpēti: “viedās” ierīces smilšu graudu lielumā, kas lidos vējā, var palīdzēt īpaši Marsa izpētē.
Šādas ierīces būs datora mikroshēma, kas pārklāta ar plastmasas apvalku, kas, pieliekot elektrisko impulsu, spēs mainīt savu formu un tādējādi pārvietoties operatora noteiktajā virzienā. Elektronu "putekļi" varētu tikt ievietoti kosmosa zondes degungalā un izlaisti citu planētu atmosfērā, kur tos aiznestu vējš.

Eksperti no Glāzgovas Universitātes Skotijā iepazīstināja savus kolēģus ar šīs jomas attīstības rezultātiem Nacionālās astronomu asociācijas sanāksmē. Glāzgovas Nanoelektronikas pētījumu centra profesors doktors Džons Bārkers stāsta, ka ar bezvadu tīklu palīdzību šādas mikroierīces ar milimetra rādiusu nepieciešamības gadījumā varētu veidot barus. Saskaņā ar Barker teikto, mūsdienās pastāv piemērota izmēra mikroshēmas un ierīces.

Ja lietojat noteiktu elektriskais lādiņš Ja šādas ierīces polimēra apvalku “saburzīt”, putekļu plankums pacelsies augstāk, bet saplacinot – nolaidīsies. Bezvadu tīkli ļaus mikroierīces apvienot “baros”, un Dr. Barker un viņa kolēģi radīja matemātiskais modelisšo procesu.

"Mēs esam redzējuši, ka lielākā daļa daļiņu var "sarunāties" tikai ar saviem tuvākajiem kaimiņiem, bet, ja to ir daudz, tās var sazināties daudz lielākā attālumā," skaidroja skotu zinātnieks. "Simulācijas laikā mēs panācām 50 ierīču integrāciju vienā spietā, un mums tas izdevās, neskatoties uz stipro vēju."

Zinātnieki jau ir pierādījuši “gudro putekļu” iespējas, kuros – vairāku kubikcentimetru apjomā – iederas sensori, enerģijas avoti, digitālās sakaru ierīces un tīkla šūnas. Bet, ja tos izmanto citu planētu izpētei, tiem būs nepieciešami sensori, un pašreizējie ķīmiskie sensori ir pārāk lieli, lai tie ietilptu lidojošā elektrona "smilšu graudā". Pētnieki tomēr cer, ka nākamajās desmitgadēs parādīsies daudz mazāki sensori.

2007. gada aprīlī Džons Bārkers izpētīja iespēju izpētīt Marsa virsmu, izmantojot dažādus miniatūrus bezvadu sensorus, “viedos putekļus”, kas var pārvietoties pa virsmu no viena punkta uz otru, mainot savu formu. Doktors Bārkers izstrādāja datormodeli, ar kuru viņš aplūkoja 30 tūkstošu miniatūru sensoru kustību uz Marsa virsmas. Katra modeļa ierīce varēja noteikt savu atrašanās vietu un arī mainīt formu, mainot gludu virsmu uz nelīdzenu un otrādi. Sensorus ar gludu formu var viegli pacelt un pārnēsāt Marsa vējš, un, kad tie iegūst nevienmērīgu formu, tie atkal nokrīt uz Marsa virsmas, jo palielinās vides pretestība. Tādējādi, mainot ierīču formu, var kontrolēt to kustību. Aprēķinu rezultāti parādīja, ka aptuveni 70% sensoru spēs veiksmīgi pārvarēt doto maršrutu 20 km garumā.

Tikmēr starpplanētu pētījumi nebūt nav vienīgā viedo putekļu pielietojuma joma. Citi varētu ietvert mikroierīču izmantošanu, lai savāktu informāciju par kaujas lauku, vai iegulšanu cementā, lai uzraudzītu tiltu, ēku un citu konstrukciju “veselību” no iekšpuses.

Krievu risinājums.

Taču robotiem var būt arī miermīlīgi uzdevumi, piemēram, ar mikrosatelītu baru palīdzību izpētīt Zemei tuvo kosmosu. Tas rada sarežģītu problēmu: kā vienlaikus kontrolēt vairākus mehānismus. Iedomāsimies, ka no viena centra jāvada desmitiem tūkstošu robotu. Tur vajadzētu būt jaudīgam superdatoram, kas spēj izsekot katra robota stāvoklim un dot tam norādījumus. Tas prasa milzīgu laiku, turklāt tas ir ļoti nedroši: vadības centrs var neizdoties. Ir daudz vieglāk dot iespēju katram robotam pieņemt neatkarīgi lēmumi un saskaņot savas darbības ar kaimiņu darbībām.

Darbības algoritms, ko 2003. gadā izgudroja Krievijas pētnieki no Taganrogas Radiotehnikas institūta, ir šāds. Pirmkārt, roboti veido vienu mākoni. Viņam tiek paziņotas mērķu koordinātas. Katrs robots, zinot savas koordinātas un mērķu koordinātas, izvēlas tuvāko mērķi un izlemj, vai virzīties uz to. Lai to izdarītu, viņš uzzina, cik robotu jau ir virzījušies uz šo mērķi. Ja to skaits ir pietiekams, viņš sāk meklēt citu mērķi vai paliek rezervē. Ja nē, tas nolemj uzbrukt un paziņo par to kaimiņiem. Tātad mākonis ļoti ātri sadalās fragmentos, klasteros, kas virzās uz saviem mērķiem.

Klasterizācijas process ir periodiski jāatjauno. Tas nepieciešams, lai ņemtu vērā izmaiņas darbības vidē. Piemēram, ja robots izkrīt no spēles, mākonim par to ir jāzina un ātri jāaizstāj ar rezerves robotu. Tādā pašā veidā jums ir jāņem vērā mērķa koordinātu izmaiņas - tas var pārāk tālu attālināties no dažiem klastera robotiem. Tas nozīmē, ka viņam būs jāpiegādā papildu spēki.

Datorsimulācijas parādīja, ka piedāvātā pieeja ir ļoti efektīva, un lēmumu pieņemšanas algoritms mikrorobotiem ir tik vienkāršs, ka to var viegli ieviest šo miniatūru radījumu mazajās elektroniskajās smadzenēs. Turklāt visa procedūra izrādās ārkārtīgi elastīga, spējot ātri ņemt vērā gan mikrorobotu zudumu, gan izmaiņas mērķu uzvedībā.

Amerikas Savienotās Valstis jau aktīvi pārbauda "viedos putekļus".

Tā saukto “viedo putekļu” izstrāde tiek veikta arī ASV. Jau 2002. gadā Hanss Mulders, Kalifornijas Universitātes Bērklijā Intel pētniecības nodaļas direktors, teica, ka tās ir "mikroskopiskas, pašdarbināmas sensoru ierīces ar bezvadu sakaru iespējām". Pēc viņa teiktā, ierīces jau pastāv un turklāt tiek testētas.

Nākotnē tūkstošiem šo zemo izmaksu bezvadu sensoru, kas izvietoti dažādās vietās, dažu gadu laikā tiks savienoti ar pašu tīklu un darbināmi ar iebūvētiem barošanas avotiem. Tikmēr sensoru tīkli var sastāvēt tikai no dažiem simtiem “putekļu daļiņu”, jo šīs ierīces paliek pārāk dārgas, un to darbības laiks ir tikai dažas dienas. Pēc Muldera teiktā, galvenais šķērslis sensoru tīklu plašai ieviešanai ir augstās barošanas avotu izmaksas, kas maksā aptuveni 150 USD.

ASV armija plāno tērēt miljardiem dolāru, lai ieviestu viedo putekļu sistēmu. Viņi uzskata, ka tas ir tā vērts - "gudrie putekļi", kas sastāv no nanorobotiem, kas nomesti uz ienaidnieka teritoriju, var radīt lielu kaitējumu ienaidniekam. Roboti atveidos savu veidu no lūžņiem un spiegiem, nosūtot informāciju uz galveno datoru, un pēc centra komandas viņi dosies uzbrukumā: iekļūst ienaidnieka karavīru ķermeņos (nogalinot tos vai vienkārši imobilizējot tos), apstāsies. jebkuru dzinēju, novirzīt jebkuru signālu vai vienkārši eksplodēt, iznīcinot aprīkojumu un darbaspēku plašā teritorijā. Malders sacīja, ka amerikāņu zinātnieki ir izstrādājuši vairākus sensoru tīklus, kuru pamatā ir “viedo putekļu” princips. Viens tīkls tiek testēts kaujās Afganistānā, kur ASV militārpersonas ir izvietojušas vairākus tūkstošus sensoru, lai izsekotu militārās tehnikas kustībām. Cits tīkls tiek izmantots Savvaļas pīļu salā Meinā, kur zinātnieki to izmanto, lai pētītu putnu migrāciju, un vēl viens ir daļa no Bērklijas zemestrīču simulatora sistēmas.

"Smart Dust" jau ir pārdošanā

Uzņēmums Dust Networks, kura tehniskais direktors ir Kristofers Pisters, viens no viedo putekļu koncepcijas pionieriem – īpaši mazu ierīču izplatītiem tīkliem, kas atbalsta bezvadu datu apmaiņu, ir laidis tirgū savu pirmo produktu. Pirmais viedais putekļu pārbaudes komplekts, ko sauc par SmartMesh, sastāv no 12 miniatūrām ierīcēm, ko sauc par “motes”. Visa komplekta cena, ieskaitot pašas ierīces un programmatūru, ir 4,950 tūkstoši dolāru.

Saistītās ierīces bezvadu līnijas pārraides un var pārraidīt datus no sensoriem, kas uzrauga temperatūru, vēja ātrumu, mitrumu vai citus parametrus. Tie būtībā ir ar akumulatoru darbināmi bezvadu maršrutētāji. Ar to palīdzību var izveidot, piemēram, vadības sistēmas ražošanas procesiem vai drošības sistēmas. Datu apmaiņas ātrums “putekļu daļiņām” ir salīdzinoši zems, kas ļauj samazināt enerģijas patēriņu un enerģiju no autonomiem avotiem. Tas, savukārt, var ievērojami samazināt uz tām balstīto operētājsistēmu izmaksas, jo nav nepieciešama elektroapgādes tīklu elektroinstalācija, kā arī nodrošina vēl nebijušu sistēmas elastību.
SmartMesh ir "slānis", kas ļauj organizēt datu apmaiņu starp diviem citiem "slāņiem" - sensoriem, no vienas puses, un informācijas sistēma, kurā tie darbojas, no otras puses. Katrs "putekļu plankums" apzīmē mezglu bezvadu tīkls datu apmaiņa ar īpaši zemu enerģijas patēriņu. Dati tiek pārsūtīti no mezgla uz mezglu, līdzīgi kā paketes tiek pārsūtītas internetā – izņemot to, ka viedā putekļu sistēma izmanto citu datu pārraides protokolu, nevis TCP/IP, kas ir kļuvis par de facto nozares standartu. Vēl viena atšķirība ir tāda, ka ir izstrādāta tehnoloģija, lai ierīces lielāko daļu laika būtu izslēgtas. “Ja visu laiku turēsit ieslēgtu radio,” saprātīgi atzīmē Kriss Pisters, “akumulatori darbosies tikai dažas nedēļas. Jaunā tehnoloģija ir ļāvusi sasniegt satriecošu rezultātu – viena “putekļu gabals” uz AA baterijām var izturēt trīs gadus, tās nenomainot. Programmatūra Business 2.0, kas tiek piegādāts kopā ar moteļiem, ļauj viņiem pašiem organizēt tīklu un nodrošināt tik zemu enerģijas patēriņu.

Pēc izstrādes autoru domām, arvien plašāk izplatoties jēdzienam “viedie putekļi”, ražotāji burtiski katru detaļu, ierīci un katru telpu sāks aprīkot ar sensoriem, kas pavērs iespēju uzraudzīt un pārvaldīt plašu tehnoloģiskie procesi vai, piemēram, enerģijas patēriņš reālajā laikā. Tas jo īpaši ļaus paaugstināt ražošanas efektivitāti, izveidot uzticamākas drošības sistēmas (aprīkot visu aizsargāto perimetru ar vibrācijas sensoriem) un uzlabot lauka produktivitāti (ievietojot katra auga augsnē mitruma un skābuma sensorus).
Idejas par “gudriem putekļiem” iedzīvināšana prasīja ievērojamus ieguldījumus. Dust Networks kopumā saņēma vairāk nekā 7 miljonus ASV dolāru savai attīstībai no tādiem uzņēmumiem kā Foundation Capital, Institutional Venture Partners. Viens no tiem bija CIP finansēta riska kapitāla kompānija In-Q-Tel. Dust Networks vēl nav sniedzis datus par to, cik lieli industriālie "viedo putekļu" tīkli maksās klientiem.

Tuvākajā nākotnē.

Kopumā ir ļoti daudz scenāriju, kuros varētu racionāli izmantot sensoru tīklus: no vīna dārza stāvokļa (mitrums, temperatūra, gatavība, kaitīgu kukaiņu klātbūtne) uzraudzīšanas līdz pilnvērtīgai drošības sistēmai, kas spēj kontrolēt burtiski visu: no pārkāpēju klātbūtnes kontrolētajā zonā līdz atmosfēras uzraudzībai attiecībā uz radiāciju un toksiskām vielām. Ideālā gadījumā nākotnē ar sensoriem būs aprīkots viss – no pilsētas ēkām un automašīnām līdz cilvēka ķermenim.

Amerikāņu fiziķi ir atklājuši, ka nanocaurule rezonē ar radio lauku. Pamatojoties uz to, viņi uzbūvēja uztvērēju, kas var uztvert signālus no ārpuses ar frekvenci aptuveni 300-400 megaherci, tas ir, var regulēt caurules radio diapazonu. Caurule kalpo gan kā antena, gan kā uztvērējs. Nākamais sensoru tīklu izaicinājums nākotnē ir to ieviešana mikro un nanomērogā. Cilvēka ķermenī, ēkā, konstrukcijā utt. Pēc desmit gadiem mūsu ikdienā ienāks nanotehnoloģijas ar nanotransmiteriem.

← Vecāks ieraksts

“Domājoša niedre” ir slavena frāze, kuru, raksturojot cilvēces kopējo garīgo potenciālu, formulēja slavenais franču filozofs, dabaszinātnieks un rakstnieks Blēzs Paskāls. Šodien, šķiet, amerikāņu pētnieki ir nākuši klajā ar jaunu, līdzīgu kolektīvā mākslīgā intelekta definīciju - “gudrie putekļi”!

Ņemiet vērā, ka pats “gudro putekļu” jēdziens ir smartdust Zinātniskajā lietošanā to ieviesa amerikāņu zinātnieks Kristofers Pisters no Kalifornijas universitātes tālajā 2001. gadā. Taču jau pirms tam, proti, 1992. gadā, ASV DARPA paspārnē tika izveidots Microsystems Technology Bureau (MTO), kura mērķis bija radīt kompaktas mikroelektronikas un fotoniskas ierīces, tādas kā, piemēram, mikroprocesorus, kā. kā arī dažāda veida mikroelektromehāniskās sistēmas Darbs tika veikts ļoti aktīvi, kā rezultātā tajos pašos 90. gados Sandijas Nacionālajā laboratorijā tika izveidots MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle) robota modelis, kura tilpums bija tikai aptuveni viena kubikcolla.

Tālāk, kā saka - vairāk un jau 2000. gadā tā izmērs tika samazināts četras reizes! Turklāt, neskatoties uz izmēru, “mašīnai” ir procesors ar 8 KB atmiņu, temperatūras sensors, mikrofons, videokamera un ķīmiskais sensors. Nākotnē tika plānots šo robotu aprīkot ar bezvadu sakariem, lai vairāki no šiem mikrorobotiem varētu apvienoties kādas kopīgas problēmas risināšanai.

Nu, tas ir vajadzīgs, piemēram, lai (kā pieņem amerikāņu militārpersonas), lai apņemtu, teiksim, tanku mākoņa formā, pēc tam iekļūtu caur plaisām un noplūdēm transportlīdzekļa iekšpusē un pēc tam uzsprāgtu pēc komandas! Pievienojot šādus mikrosensorus lidmašīnās izmantotajai krāsai, varēsim iegūt informāciju par tās virsmu stāvokli. Un, ja tie ir krāsoti telpās, tie varēs signalizēt par ugunsgrēku, dūmiem un pat pārmērīgu oglekļa dioksīda līmeni. Protams, šāda krāsa būs ievērojami dārgāka nekā parasti, tāpēc tās izmantošana dzīvojamās telpās nav ļoti tuva nākotne, taču uz kodolzemūdenēm un spēkstacijām to varēs izmantot burtiski rīt - tas ir tikai "sīkumu" jautājums - izveidojot šādas mikroierīces un nodrošinot tās ar jaudu. Starp citu, paraugs ar vienu kubikmilimetru, kas aprīkots ar temperatūras, kustības sensoru un radiosignāla raidītāju, jau pastāv. Kas ir viens milimetrs?!

Ir vilinoši, saka Džošua Smits, Vašingtonas Universitātes Sensoro sistēmu laboratorijas direktors Sietlā, aptvert visu apkārtējo ar šādiem sensoriem un dot tiem norādījumus izsekot mūs interesējošām parādībām un objektiem. Bet šeit rodas viņu enerģijas piegādes problēma. Tomēr viņi arī šodien strādā pie šīs problēmas, turklāt vairākos virzienos vienlaikus. Tie varētu būt mazi saules paneļi, kas atrodas tieši šo mazo robotu “aizmugurē”, vai termoelektriskie ģeneratori, kas pārvērš siltumu elektriskā strāvā.

Darbs pie “gudrajiem putekļiem” notiek ne tikai ārzemēs, bet arī Krievijā. Jo īpaši Taganrogas Valsts radioinženieru institūta zinātnieki ir izveidojuši matemātisko modeli, kas principā ļauj saprast, kā kontrolēt šādu mikrorobotu mākoņus un kā tiem visiem kopā jārīkojas, lai izpildītu uzdevumu. Sākotnēji tie veido vienotu masu, kas saņem uzdevumu no vadības datora. Katrs robots, nosakot savas koordinātas un mērķa koordinātas, pirmkārt, noskaidro, cik robotu ir tam vistuvāk un vai to pietiek uzdevuma izpildei. Ja “jā”, tad viņš meklē citu mērķi, ja “nē”, tad steidzas uz objektu. Tādējādi tiek veidotas robotu grupas, kuras katrs veiks savu uzdevumu.

Skaists risinājums, protams, bet tas, kā tas ļoti bieži notiek zinātnē, rada pavisam citu problēmu. Fakts ir tāds, ka šo mikromotu savienošanai ar vadības centru un vienam ar otru būs nepieciešams milzīgs enerģijas patēriņš. Tomēr šķiet, ka risinājums jau ir atrasts, un to ir izdarījis Dr Džons Baikers no Glāzgovas Nanoelektronikas centra. Viņaprāt, informāciju no viena robota uz otru var pārraidīt pa ķēdi, kas ievērojami samazinās enerģijas izmaksas.

Iedomājieties pasauli, kur bezvadu ierīces sāls kristāla lielumā. Šie "liņķi" ir aprīkoti ar autonomu barošanas avotu un skaitļošanas jaudu. Turklāt ir kameras un mehānismi bezvadu datu pārraidei. Šādas mikroelektromehāniskās sistēmas (MEMS) sauc par viedajiem putekļiem. Un drīz tie var “izplatīties” apkārtnē. Noskaidrosim, kas tas ir un kur tiek izmantoti “putekļu plankumi”.

Ko var darīt viedie putekļi?

MEMS ir aprīkoti ar maziem sensoriem, kas var uztvert visu, sākot no gaismas svārstībām līdz temperatūras vibrācijām. To miniatūra izmēra dēļ ierīces var palikt novietotas telpā kā putekļu daļiņas. Viņi var:

• savākt milzīgus datu apjomus, tostarp paātrinājumu, spriegumu, spiedienu, mitrumu, skaņu un daudz ko citu;
• apstrādājiet to visu, izmantojot iebūvēto datoru;
• uzglabāt datus atmiņā;
• pārraidīt informāciju bezvadu režīmā uz mākoni, bāzi vai citiem "putekļiem".

Mikromēroga 3D druka

Drukājot putekļu komponentus ar komerciāli pieejamu 3D printeri, tehnoloģija būs pieejama. Iepriekš mēs detalizēti pētījām tehnoloģiju izmantošanu dažādās cilvēka dzīves jomās.

Miniatūru sensoru optiskās lēcas ļaus iegūt īpaši augstas kvalitātes attēlus. Tagad mēs to pat nevaram iedomāties.

Gudro putekļu praktiska pielietošana

Viedo putekļu spēja savākt informāciju par vidi neticami detalizēti ietekmēs daudzas lietas. Tas ir kā lietiskā interneta (IoT) tehnoloģija, kas reizināta ar miljardiem. Šeit ir tikai daži piemēri praktisks pielietojums gudri putekļi.

• Rūpīgi uzraugiet kultūraugus, lai noteiktu nepieciešamību pēc laistīšanas, mēslošanas un kukaiņu kontroles.
• Monitoringa aprīkojums, lai to apkalpotu laikā.
• Identificējiet trūkumus un koroziju pirms sistēmas atteices.
• Cilvēku un produktu uzraudzība drošības nolūkos.
• Mēra visu, ko var izmērīt. Un gandrīz visur.
• Produkcijas piegādes kontrole no ražotāja līdz veikalam, ieskaitot transportēšanu ar jebkādiem līdzekļiem.
• Pielietojums medicīnā: diagnostika bez operācijas. Un arī to ierīču kontrole, kas palīdz cilvēkiem ar invaliditāti mijiedarboties ar rīkiem, kas palīdz viņiem dzīvot neatkarīgi.
• Kalifornijas Universitātes Bērklijā pētnieki ir publicējuši rakstu par viedo putekļu potenciālu. Ja tas ir implantēts tā, ka tas “apkaisa” smadzenes, tad jūs varat saņemt atsauksmes par tā funkcionalitāti.

Kāpēc viedie putekļi ir bīstami?

Joprojām pastāv problēmas, kas kavē viedo putekļu plašu izmantošanu. Šeit ir daži no tiem.

Konfidencialitāte

Eksperti ir nobažījušies par MEMS privātuma problēmām. Viedierīces var ierakstīt visu, ko tās ir ieprogrammētas ierakstīšanai. To miniatūra izmēra dēļ tos ir grūti noteikt. Un šeit jūs varat ieslēgt savu iztēli par tēmu: ja nu viedie putekļi nonāk nepareizās rokās...

Kontrole

Miljardiem viedo putekļu daļiņu viegli izkliedējas pa izvēlēto apgabalu. Un vajadzības gadījumā tos salikt kopā nav viegls uzdevums.

Ņemot vērā to lielumu, putekļu daļiņas ir grūti noteikt. Un visas daļiņas ir no “pulverveida” - un vēl jo vairāk. Turklāt pat neliels skaits “neatklātu elementu” turpinās nopludināt informāciju.

Cena

Šī ir jauna tehnoloģija. Tāpēc tās ieviešanas izmaksas ir ļoti augstas. Kamēr izmaksas nesamazināsies, viedie putekļi daudziem būs nepieejami.

Gudri putekļi iznīcina pasauli?

MEMS tehnoloģija var radīt traucējumus ekonomikai un pasaulei kopumā. Tā uzskata tie, kas to izstrādā kopš 1992. gada. Tāda pati ideja tiek atbalstīta lielie uzņēmumi kas ieguldīja pētniecībā. Starp tiem ir General Electric, Cargill, IBM, Cisco Systems.

Tāpēc ir svarīgi noņemt visus “bīstamos” mirkļus, nevis visur “izkaisīt” viedos putekļus.