Smart Dust: støv er allerede smart nok til å hjelpe en person. Hva er smart støv og hvordan dets spredning endrer verden rundt oss Smart støv

IPLIT RAS og Laboratory of Intellectual Research "LINTECH" utvikler seg distribuert teknologi sensornettverk (RSS). Generaldirektøren for LINTECH LLC snakker om hvor realistisk det er for landet vårt å ta et enestående sprang i utviklingen av RCC-industrien. Yuri Aurenius.

Dessverre er det strategisk viktige sektorer av teknologisk fremgang der Russland, i periodene med perestrojka, kaoset på 90-tallet og etableringen av politisk stabilitet på begynnelsen av det 21. århundre, falt håpløst bak Vesten og det raskt voksende potensialet til de asiatiske tigrene.

Blant slike vitenskapsområder er mikroelektronikk, teknisk kybernetikk, robotikk og mange andre områder som er grunnlaget for overgangen til landenes økonomier til den 5. teknologiske ordensindustrien. Spesielt bemerkelsesverdig er utviklingen av telekommunikasjons- og kommunikasjonsteknologier, som effektiviteten til ledelsen og kvaliteten på kontrollen over de viktigste produksjonsanleggene, så vel som hele komplekset av såkalte produksjonsanlegg, er mest avhengig av. Nasjonal økonomi.

Det er verdt å innrømme det Wi-Fi-standarder og Bluetooth, som vi oppfatter som avansert og mest effektive midler kommunikasjon er langt fra den mest moderne og pålitelige. Flere og flere blir introdusert for masse praktisk bruk rundt om i verden. distribuerte sensornettverk (DSN), klare til å jobbe som "smart støv" - organisere seg uavhengig i et enkelt intelligent nettverk og kontroller leiligheter, boligbygg, hele byer og til og med kontinenter basert på tusenvis av målparametere.

De er titalls ganger mer pålitelige enn eksisterende trådløse nettverk og gjør det mulig å lage systemer for automatisk å løse et stort spekter av vitale oppgaver med praktisk talt ingen menneskelig innblanding. Det er fortsatt sjanser i dag til å fylle dette menneskeskapte gapet og presse Russland inn i den siste vognen av det avgående toget av avanserte innovasjoner innen trådløs telekommunikasjon.

Det mest lovende prosjektet for utvikling av innenlandske brikker av ZigBee-standarden og programvare for deres aktive applikasjon på ulike felt kan kalles teamet til Institute of Laser og informasjonsteknologier RAS (Shatura) og Laboratory of Intellectual Research "LINTECH". Generaldirektøren for LINTECH LLC snakker om hvor realistisk det er for landet vårt å ta et enestående sprang i utviklingen av RCC-industrien. Yuri Aurenius.

─ Yuri, fortell oss, som de sier på fingrene, hva er det særegne ved denne teknologien? Sensornettverk høres litt sci-fi...

─ Det ville vært bedre om vår tekniske direktør Igor Voronin fortalte deg at han er en av de ledende ekspertene i Russland innen RCC. Sensornettverk har mange funksjoner og fordeler. Det er kanskje to hovedmoduler: tilfeldig plasserte sensornettverksmoduler organiserer seg umiddelbart uavhengig i et enkelt nettverk. Og det andre er at Wi-Fi og Bluetooth er bygget ved hjelp av "stjerne"-teknologi - dette er når ett punkt distribuerer til alle nettverksinnstillinger og andre "barneenheter" er koblet til den, og nettverket i henhold til ZigBee-standarden er i stand til å bli et blandet nettverk, som i seg selv er formet til en struktur med tilfeldige tilkoblinger. Sensornettverket er MESH. Visuelt representerer den ikke en stjerne («point-multipoint»), men et fiskegarn – dvs. hvert element i et slikt nettverk samhandler med mange naboelementer, og danner den nødvendige forbindelsen. Dette sikrer betydelig større pålitelighet ved dataoverføring. Jo flere deltakere det er, jo større pålitelighet er dataoverføringen. Nettverket kan miste opptil 40 % av aktive enheter, samtidig som det beholder sin grunnleggende funksjonalitet. Omfanget av bruken er praktisk talt ubegrenset - fra vanlige husholdningsapparater til seriøse overvåkings- og livsstøttesystemer.

Men å koble moduler av samme standard til ett nettverk er ikke den vanskeligste oppgaven. Dette skjer automatisk. Men så, hvert slikt nettverk har forskjellige krav - noen må ofte overføre data fra punkter til senteret, andre - en gang i timen, andre er garantert å overføre data med en gitt varighet, og atter andre kan ha i oppgave å slå på en gang et år under en brann og overføre data, og "sove" resten av tiden - det skal være maksimal nettverksytelse uten å bytte batterier. Ulike problemer løses av ulike nettverkskrav. Dette gir opphav til forskjellige protokoller og algoritmer for samspillet mellom nettverkskomponenter - hvordan du samtidig "våkner" for alle sensorer, overfører informasjon og deretter sovner igjen, for ikke å kaste bort dyrebar energi i dette tilfellet. Eller tvert imot, i henhold til hvilken ordning de trenger for å slå på og gå i dvale for å være garantert å samle inn og overføre data til den sentrale datainnsamlings- og behandlingsnoden.

Nettverket består av noder - de såkalte. sløseri Hver node er en programvare- og maskinvareenhet, som er en transceiver, en hovedbrikke (mikroprosessor) som behandler kommandoer, en moderne autonom strømforsyning og en slags sensor. Hvis du ikke vet, er en sensor, på russisk, en sensor. Flere forskjellige sensorer kan kobles til hver slik mote. Jo flere sensorer vi kobler til én node, jo flere forskjellige parametere kan vi måle, men samtidig øker batteristrømforbruket. Sensorer er vanligvis standard. Dette er målinger av temperatur, trykk, fuktighet, belysning, vibrasjon, støy, plassering i rommet (inklinometer), antall omdreininger (kodere), stråling, karbonmonoksid (CO/CH). I tillegg til sensorer kan det også installeres kontrollerte aktuatorer. Deretter begynner hver nettverksnode å fungere som " smart hus- samler inn nødvendig informasjon og sender den for behandling, mottar deretter et kontrollsignal "fra senteret" og sender det til aktuatoren for behandling. Og ingen ledninger eller tvil om påliteligheten til systemet.

Sensorer kan også spesialdesignes. Men i dette tilfellet øker kostnadene for noden kraftig. Som regel brukes dusinvis av noder til å bygge et nettverk; de prøver å bruke standardsensorer. De er billigere på grunn av masseproduksjon, reparerbare eller raskt utskiftbare - det viktigste er at de oppfyller de nødvendige parameterne. Nettverket har koordinatorer - smartere motes som utfører de grunnleggende funksjonene for nettverkssynkronisering; når de er slått på, spør de alle tilgjengelige enheter og bygger et nettverk basert på dem. Det er mellomnoder - repeatere, eller rutere. Og det tredje nivået er sluttenheter. Sensorene er festet til dem. Gjennom repeatere bygges det et nettverk der de innsamlede dataene overføres i pakker og alle strømmer inn i et enkelt innsamlingspunkt. Avstanden mellom enheter overstiger som regel ikke 100 meter. Selv om brikker allerede er utviklet og er i salg, kommuniserer de med hverandre i en avstand på opptil 1 km. Riktignok må du samtidig forstå at hvis signalet går over en større avstand, betyr dette at det vil være større batteriforbruk, nettverket vil bruke opp energi raskere. Det finnes spesielle operativsystemer for sensornettverk - TinyOS, og all utvikling utføres vanligvis på C-språket, for operativsystemer som ligner på Linux.

─ Wow! Ved hjelp av et slikt nettverk viser det seg at det er mulig å kontrollere enorme rom?

─ Ellers! Hvis du for eksempel plasserer 64 tusen sjetonger på en avstand på 1 kilometer, vil den første og siste være på en avstand på 1 km igjen. Fordi vi vil gå rundt hele kloden på denne måten. Riktignok har ingen ennå utført slike globale eksperimenter, men i for eksempel England brukes allerede et sensornettverk for å kontrollere gatebelysning.

─ Har du allerede noe å vise med et praktisk eksempel?

─ I dag har vi allerede flere prosjekter i testdriftsstadiet. For eksempel et prosjekt innen industriell overvåking. På territoriet til Shaturskaya GRES nr. 5 ble et RSS-nettverk utplassert for å utføre termisk kontroll på resirkulasjonslinjen til matepumpene til blokk nr. 1–6. Rørledningstemperaturen i studieområdet er 230°C i normal tilstand. Målenøyaktigheten er 5–10 grader, målinger tas hvert 10. sekund. Slik teknologisk overvåking er mulig ikke bare i energibedrifter, men også i distriktskjelhus, elektriske tavler og kjemisk produksjon, siden RSS har fordeler: rask installasjon, enkelhet og enkelt vedlikehold.

Vi legger stor vekt på bruk av sensornettverk i bo- og fellestjenestesystemet. Vi utvikler allerede i flere byer og hyttelandsbyer Moskva-regionen. Jeg anser denne utviklingsretningen som den mest lovende, kanskje sammen med alarm- og sikkerhetssystemer. Åpenbart, ved å bruke RSS, kan heis og ingeniørovervåking av alle byboliger og kommunale tjenester utføres, i tillegg til å organisere administrasjonen av alle tekniske enheter bolig- og administrasjonsbygg, innsamling av data fra måleenheter som er nødvendige for fakturering, alle typer alarmsystemer (innbrudd, brann) og sikkerhet (panikkknapper, nøkkelbrikker) etc. er implementert. Det er svært viktig at det interne ingeniørsystemet, basert på PSS, hjelper i tilfeller av ulykker eller lekkasjer i automatisk modus Steng av treveisventilen samtidig som du informerer vaktleder om plasseringen av lekkasjen, og forhindrer dermed nødlekkasje av vann fra rørledningen. Det er også mulig å styre ventilasjon - fuktighet og temperatur i rommene. Hvis disse systemene er velfungerende, tapene er minimale, innstillingene er fleksible for hver bruker - alt dette vil føre til lavere priser, renter fra forsikringsselskaper osv. ...

Medisin– fjernovervåking av pasienter. Det er planlagt å distribuere et pasientovervåkingssystem i den funksjonelle diagnostikkavdelingen til MONIKI. Pasienter på sykehuset bruker sensorer - i form av et armbånd - for å måle trykk, temperatur og hjerteaktivitet. De overfører data til en sentral server, hvor den behandlende legen kan få informasjon om pasientens tilstand gjennom XBee-opptakeren. Det er mulig å tilby betalt medisinsk observasjonstjenester for enkelte kategorier pasienter, for eksempel hjemme. I dette tilfellet er PCC-settet installert på en slik måte at gatewayen som er utstedt til pasienten, er knyttet til datalagringsserveren. Pasienten kan bevege seg mens han holder seg innenfor rekkevidden til det sentrale datainnsamlingspunktet. Deretter, i tilfelle en kritisk farlig tilstand for pasienten, går alarmsignalet til den sentrale serveren, alarmsignalet behandles og sendes til spesialister, og fullstendige data om pasienten vises slik at den behandlende legen kan ta avgjørelser om nødvendige handlinger.

Sammen med Rosatom begynte vi å studere spørsmålet om strålingsovervåking av atomfarlige anlegg. Det forskes på mulighetene, utsiktene og problemene ved å bruke RSS til et system for tilstandsovervåking av bygninger til eksisterende forskningsatominstallasjoner (RNI) og andre atomfarlige anlegg. RSS ble utplassert i deler av bygningene til Research Institute of Nuclear Research Institute i Dimitrovgrad, og en studie av systemets oppførsel under reelle forhold ble utført. Problemer med systempålitelighet når de ble utsatt for økt bakgrunnsstråling, problemer med radiosignalutbredelse brukt til å kommunisere RSS-noder i nærvær av hindringer i form av strukturer laget av "tung" betong brukt i konstruksjonen av strålings- og atomfarlige bygninger var også undersøkt.

Russian Railways utvikler et system for å kontrollere temperaturen på et hjulsett. Ved hjelp av RSS kan dette problemet løses på en billigere og mer pålitelig måte enn det som gjøres nå, når temperaturen måles diskret når et elektrisk tog passerer KTSM-datainnsamlingspunktet. Den eksperimentelle sonen, som planlagt, vil bli utplassert ved Kurovskaya-depotet på et elektrisk pendlertog. Under kjøring vil sjåføren kunne ha informasjon om temperaturen på hjulsettet i sanntid. Det vil også være mulig å lagre de innsamlede dataene i en sentral database, som vil være tilgjengelig for stasjonsvakten på stasjonen der det elektriske toget passerer.

Det er interesse for våre systemer innen bygg - overvåking av setninger og avvik av bygninger og konstruksjoner. Potensiell kunde – «Rosstroy». I nær fremtid er det planlagt å lage et distribuert overvåkingssystem for bygninger og strukturer basert på RSS for å overvåke bosettingsverdier, avvik fra vertikalen og sprekkåpningen i byggesonen til to groper som eksisterer i Moskva-regionen i sanntid, med datautgang til en sentral server og publisering på WEB.

Logistikk – kontroll over bevegelsen av varer. For automatiserte logistikkkomplekser er det mulig å organisere innsamlingen av data om bevegelsesrutene til radioenheter med en unik identifikator mellom og innenfor varehus med posisjonering i forhold til datainnsamlingspunkter og lagring av informasjon på en sentral server. Som en del av denne retningen, med massedistribusjon av sensorteknologier, kan vi også generere informasjon om flyten av varedistribusjon, styring av markedsføringstiltak, etc.

Det er umulig å liste opp alle implementeringsprosjektene akkurat nå. La meg merke igjen at bruksområdet for sensornettverk er veldig bredt... I dag har vi dekket minst 20 forskjellige områder og arbeidet i denne retningen pågår. Løsninger er på vei for departementet for beredskapssituasjoner, gruvearbeidere, industribedrifter, utdanningssystemet...

─ Så, på grunnlag av laserinstituttet vårt, utvikler du en russisk versjon av utstyr for sensornettverk?

─ IPLIT RAS jobber med sensornettverk når det gjelder å utvikle og studere deres ulike egenskaper. Siden alle brikkene er utviklet i Amerika og produsert i Kina, er vi begrenset i Russland av mikroprosessorbasen vi kan kjøpe. Vel, eller, som et alternativ, ta den ut fra utlandet i lommene. Det er ikke noe annet alternativ for øyeblikket. Og vi studerer nettverk med tanke på hvordan vi gjør dem operative så lenge som mulig, eller hvordan vi sikrer at signalet garantert passerer pålitelig gjennom nettverkene, og hvordan vi gjør banen til pakker med data gjennom dem så raskt som mulig. . Synergien fra et slikt partnerskap er svært lovende.

─ Ligger russisk vitenskap langt bak sine utenlandske kolleger på dette området?

─ Innen kommersialisering og praktisk utvikling er vi fortsatt veldig langt unna det potensialet som allerede finnes i forskningssentrene i Japan, EU og USA. Vitenskapelig sett har det nå blitt dannet en ganske sterk skole i Russland med sin egen unike utvikling. I dag publiserer vi til og med resultatene i ledende internasjonale vitenskapelige tidsskrifter – det er fremgang. Nå er hovedsaken å finne en masseprodusert billig og "riktig" motor, og dette vil være et gjennombrudd innen teknologi. For eksempel kan alle husholdningsapparater begynne å utstyres med slike elementer i et sensornettverk - inne i støvsugere, vaskemaskiner, TVer osv. distribuer sensornettverk med temperatursensorer satt til 300–400 grader... Sensorer plassert i husholdningsenheter i hele boligleiligheter vil rapportere via nettverket til senteret om brann i skapet til en bestemt leilighet mye tidligere enn beboeren i leiligheten selv ... (spesielt når han ikke er hjemme) . Du kan sette sensoren i TV-en eller musikksenter og under en nødsituasjon vil denne enheten brukes til å kommunisere om nødssituasjonen. Og denne informasjonen vil være adresserbar - hver brikke har sin egen MAC-adresse på nettverket, dens forbindelse med andre brikker og gatewayer for innsamling og behandling av data bestemmer praktisk talt plasseringen. I masseproduksjon bør disse nettverkselementene koste en krone og utføre funksjonene sine som "smart støv."

─ Generelt er målet ditt å bringe denne teknologien til forbrukerperfeksjon...

─ Ja - å komme opp med all infrastruktur, programvare, sensorer og, selvfølgelig, selve brikkene, som tilhører kategorien kritiske teknologier og det er umulig å kjøpe en lisens for produksjonen deres. Og hvis vi utvikler hele linjen – både grensesnitt og ulike sensorer og datautvekslingsalgoritmer – så vil vi kunne produsere fullverdige ferdige kontroll- og overvåkingssystemer, gå inn i markedet, inkludert det globale, og lage tjenester.

─ Fortell oss, på hvilket stadium er prosjektet nå? Så vidt jeg vet, flytter du nå til Skolkovo...

─ Mens vi hadde ren vitenskap. På slutten av fjoråret søkte vi om opphold ved Skolkovo Foundation, fikk et positivt vedtak, og siden våren 2013 har vi vært fullverdige innbyggere i innovasjonssenteret. Skolkovo er en mulighet til å tiltrekke seg finansiering, utvikle et prosjekt til kommersialiseringsstadiet og ha en anstendig status. Vi kan ikke gjøre dette med våre egne penger. I dag går vi gjennom stadiet med å bygge prototypeløsninger, danne eksperimentelle soner, behandle forskningsresultater, ferdigstille og patentere våre oppfinnelser.

─ Etter planen, når vil du nå det kommersielle implementeringsstadiet?

─ Jeg tror innen utgangen av neste år.

─ Hvor mye er det allerede investert i prosjektet?

─ Omtrent 15 millioner.

─ Dollar?

─ Nei, rubler. Nå planlegger vi å tiltrekke oss eksterne investeringer for å fortsette arbeidet med å oppnå et kommersielt resultat. Vi er 100 % sikre på suksessen.

─ Hva må til for å lage billig «smart støv»? Har du en plan for å gjøre teknologien billig?

─ Det er bare én oppskrift her – masseetterspørsel. En brikke for forskning koster i dag mer enn $30, selv de første 100 brikkene koster allerede $1800, det er åpenbart at millioner ikke bør koste mer enn 1–2 dollar. Da kommer tiden for "smart støv".

─ For masseproduksjon, er det nødvendig å lage et serieanlegg?

─ Først må vi lage elementbasen og maskinvareinfrastrukturen til teknologien. vi er i kontakt med russisk selskap ITFY, som vil gi oss CAD for utvikling av mikroelektroniske komponenter. Kolleger fra ITFY, ledet av selskapets president Leonid Svatkov, lanserte sammen med IBM Corporation ITFY-prosjektet spesielt for Russland, som åpnet "Electronic Technology Center" (CET) - for en omfattende infrastrukturløsning for kollektiv utvikling av brikker og trykte kretskort basert på IBMs maskinvare- og programvareplattform. Opprettelsen av Center for Electronic Technologies (CET) ble kunngjort på SPIEF 2012.

─ Hvilket produksjonsvolum er planlagt opprettet?

─ Det er vanskelig å si... Wi-Fi-teknologi og Bluetooth er i dag i alle mobiltelefoner, og de produseres og selges i millioner av enheter. Vi fokuserer på samme dekning med vårt nettverk. På Mobil Vi gjør ingen krav, men husholdningsapparater, biler, leker, konsoller, datamaskiner og mye mer kan gi ønsket dekning. For at prosjektet skal være lønnsomt, er det nødvendig å komme inn på verdensmarkedet. Hvis vi starter prosjektet riktig nå og vi ikke har problemer med finansieringen, vil sensornettverk være overalt om 5 år.

─ Hvorfor Skolkovo?

─ Skolkovo gir alle forutsetninger for aktiv utvikling av prosjekter, det er mulig å få penger for FoU. Vi forhandler allerede med en rekke kjente venturefond om muligheten for å tiltrekke ventureinvesteringer inn i prosjektet. I fremtiden vil vi kontakte kjente verdensledere på dette feltet med sikte på å skape en felles produksjonssatsing. Store investorer forstår at hvis det er reell interesse og man kan investere i en lovende teknologi, så kan man få et anstendig kommersielt resultat. Skolkovo har alle muligheter for å skaffe finansiering og helhetlig støtte til prosjektet. Derfor er atmosfæren der veldig vennlig.

─ Jeg skjønner. I Skolkovo vil du fullføre din vitenskapelige utvikling, designe brikker, deretter finne en investor, stemple brikkene i Kina, lage programvare for ulike sensornettverksoppgaver og til slutt lage ferdige produkter – for departementet for nødsituasjoner, brannmenn, etc.?

─ Stempling av egne komponenter er fortsatt en oppgave for fremtiden. I dag er hovedsaken utvikling av ulike nettverksalgoritmer som gir løsninger på ulike tekniske problemer, utvikling av datautvekslingsprotokoller, grensesnitt, distribuerte datainnsamlingssystemer og beregninger. Utviklingen vår er anvendelig i alle nettverk av godkjent standard, og la dem derfor foreløpig, i første fase, stemple alt i Kina, danne nettverk over hele verden, og la nettverkene bruke vår interaksjonsprogramvare til å utføre de tildelte oppgavene. Selv om det også ville vært fint å gi ut et komplett sett fra én kilde, og i fremtiden tror jeg vi kommer til dette.

─ Og alt dette er planlagt gjort i løpet av de neste to-tre årene?

─ Ja...vi har planer for bare et par år. Hovedsaken er selvfølgelig finansiering. Men vi står ikke stille... En rekke store venturefond er allerede aktivt interessert i prosjektet vårt, fordi sensornettverksteknologi er en av de mest lovende kommersielt, en global ytelse, kan man si.

─ Hvor får du tak i opptakene? Det er mangel på dem, så vidt jeg forstår.

─ Høyt kvalifisert ingeniørpersonell er alltid vanskelig å finne, vi ser i regionene - det er fortsatt lyse hoder og ekte talenter der. I dag er flere forskningsinstitutter interessert i temaet sensornettverk – vi skal også jobbe med dem.

─ Teknologisk base - i dette laserforskningsinstituttet?

─ Vi ser frem til et gjensidig fordelaktig partnerskap med IPLIT RAS... Utvikleren som leder denne retningen ved instituttet, leder for informasjonsteknologiavdelingen Igor Voronin, er også teknisk direktør for LINTECH. Det viser seg å være et veldig produktivt samarbeid. Og med hovedkontoret for utvikling flytter vi til Skolkovo.

─ De sier at det er veldig vanskelig å komme dit. Til og med bestikkelser er nødvendig...

─ Jeg personlig vet ikke om muligheten for å komme til Skolkovo for penger. I løpet av de siste 2 årene har han selv deltatt aktivt i 3 innovative prosjekter - alle er nå beboere i stiftelsen. Ett selskap utvikler aktivt programvare som lar deg automatisk skaffe ferdige 3D-modeller fra panorama- eller sfærisk fotografering. Vi foreslo forresten også å bruke berøringsløsninger for å optimalisere dette arbeidet betydelig. Andre prosjekter er knyttet til teknologien for påføring av maling og lakk, for eksempel... Det viste seg at dette også er et lovende tema. Retningene er helt forskjellige...

Min oppfatning er at Skolkovo har laget et skikkelig ekspertsystem for en helhetlig vurdering av unike ideer og utviklinger. Hvis du klarte å formidle de grunnleggende prinsippene for ideen din og utviklingen passer inn i de eksisterende rammene til innovasjonssenteret - det er det, du får beboerstatus og arbeid.

─ Vil du si at enhver russisk utvikler av lovende teknologi som har en klar strategi og et ferdig laget for implementeringen, faktisk kan komme til Skolkovo?

─ Hvis du har en idé som du anser som strålende og tydelig forstår alle trinnene for utvikling, implementering, fortjeneste - kom og la oss snakke... Jeg tar på meg slike prosjekter - jeg formaliserer ideen i henhold til internasjonale standarder, jeg jobber ut prosjektet fra en investerings- og kommersiell synsvinkel, og så promoterer jeg det til teknologiparker, næringsinkubatorer og investeringsfond. Og dette er kanskje ikke bare Skolkovo. Det er mange samhandlingsoppgaver i dag. Selv innenfor samme klynge, noen ganger vet noen utviklere ikke hva andre gjør... og det hender at de er ideelle partnere som mister et enormt synergipotensial.

─ Hva slags korrupsjonsskandaler var det i Skolkovo? Det gikk et rykte om at de til og med ønsket å begrave hele prosjektet...?

─ Dette påvirket ikke virksomheten til innovative selskaper. Mens vi jobber, fortsetter vi å jobbe. Vi har nok av våre egne inntrykk. Og Skolkovo, til tross for all den misunnelige misunnelsen fra sine dårlige ønsker, har i dag fått en ny vind og fortsetter å utføre sitt møysommelige arbeid for å dyrke den innenlandske innovasjonsindustrien ...

Den nye generasjonen av smartdust-enheter («smart dust») vil åpne muligheten for trådløs datainnsamling i sanntid, noe som vil føre til endrede ideer om ingeniørsystemer, helsevesen og samhandling med miljøet. Hvordan slike enheter dukket opp, og hva som for øyeblikket holder tilbake utviklingen deres - i materialet til journalisten Leonid Chernyak, utarbeidet spesielt for TAdviser.

På begynnelsen av 90-tallet av det 20. århundre, gjennom felles innsats fra det amerikanske forsvarsbyrået DARPA og Rand Corporation, ble de første autonome informasjonsenhetene mote (mote, partikkel) på størrelse med en fyrstikkeske opprettet. De besto av sensorer som målte visse miljøindikatorer, en datamaskin, en sender og en strømenhet (fra nettverket, batterier eller solceller).

Disse motene var utelukkende ment for militære og etterretningsformål, men 5-7 år senere, som et resultat av den "sanserevolusjonen" som begynte da, dukket det opp lignende enheter for sivil bruk. Samtidig ble det moderne navnet på teknologien, smartdust (smart dust), født, og dens individuelle komponent kalles fortsatt mote. Mote, som slapp unna kontrollen av spesialtjenestene, ble unnfanget for en rekke formål, for eksempel for å overvåke komplekse tekniske strukturer, først og fremst broer, som forringes under drift under påvirkning av eksterne faktorer (nedbør, vind, temperatur, vibrasjon, salt). , som forårsaker korrosjon). Kanskje på grunn av mangelen på slik kontroll kollapset broen i Genova i august 2018. Isbreer, skoger, vulkaner, havet og alt annet trenger konstant overvåking.

Eksperimentelle kopier av mote fra tidlig på 2000-tallet så omtrent ut som enheten vist i figuren nedenfor. Den ble laget ved University of Berkeley, det akademiske senteret for den nye bevegelsen. Lederen av retningen var professor Kirs Pister, kjent for sitt arbeid innen mikro-elektromekaniske enheter og grunnleggeren av selskapet Dust Networks. Entusiasmen til skaperne og den tradisjonelle venstreradikale stemningen til Berkeley ga opphav til slagordet: "Sensorer for hele verden - foren deg!" Analytikere ble interessert i innovasjonen og Gartner, uten å nøle, plasserte smartdust i startposisjonen i sin hype-kurve i 2003 med utsikter til implementering om 10 år

Og det var noe å tenke på. Ideen om smart støv er like åpenbar som den er vanskelig å implementere. Det er ingen tilfeldighet at neste gang smartdust-teknologi dukket opp på Gartner-kurven var først i 2013. Men siden 2015 har den hvert år vært plassert helt i utgangspunktet med mer enn ti års perspektiv på å oppnå teknologimodenhet. Hovedårsaken til den gjentatte tilbakeføringen til forrige stilling var fortsatt utilstrekkelig beredskap for nettverks- og kommunikasjonsteknologier.

Inntil nylig forble veldig spesifikke "støvnettverk" helt originale. De ble skapt isolert fra andre typer nettverk, men ikke på grunn av et ønske om originalitet. Dette var et nødvendig tiltak, siden det ikke var noe på markedet som tilfredsstilte deres krav.

Utgangspunktet for mote-nettverkstilnærmingen er det faktum at sendereffekten til hver enkelt enhet per definisjon er ubetydelig. Som et resultat valgte vi å opprette nettverket trådløs teknologi Multi-hop, som er basert på kjedeprinsippet, nemlig at hver node fungerer som et relé for de andre. Helmasketopologien garanterer pålitelighet og feiltoleranse. Innenfor nettverket utføres dataoverføring ved hjelp av sin egen (proprietære) TSMP (Time Synchronized Mesh Protocol), utviklet av Dust Networks, og deretter kobles nettverket til Internett gjennom en gateway. For en bedrift med femti ansatte er dette en prestasjon.

I løpet av et og et halvt tiår har størrelsen på flisen krympet til bare noen få kubikkmillimeter, og kostnadene har falt til $10 eller mindre. Men dette er ennå ikke nok for massedistribusjon av smartdust, siden spørsmålet om kommunikasjon gjenstår. Situasjonen kan endre seg fundamentalt med fremkomsten av teknologi mobil kommunikasjon femte generasjon Bluetooth 5.0 og . I dette tilfellet er det ikke behov for et hotellnettverk, og hver mote kan kobles direkte til Internett.

Den nye generasjonen smartdust vil åpne muligheten for trådløs datainnsamling i sanntid, noe som vil føre til å endre våre ideer om ingeniørsystemer, helsetjenester og samhandling med miljøet. Milliarder, om ikke billioner, av enheter som er i stand til dataoverføring og tilbakemeldingsinteraksjon, vil på forespørsel kunne overføre et bredt utvalg av tilgjengelige fysiske og kjemiske indikatorer for miljøet. Enheter kan drives av batterier og trekke ut energi fra miljøet (vibrasjoner, lys). De kan være plassert på alle de mest utilgjengelige stedene. Det er grunn til å tro at smartdust, som et altomfattende fenomen, til slutt vil absorbere tingenes internett (IoT), symbolet på den fjerde industrielle revolusjonen.

I analogi med WWW (World Wide Web), kan vi si at ved å bruke smartdust, blir verden til et enkelt Real World Web. Det er fortsatt vanskelig å forestille seg et liv hvor informasjon er grenseløs, hvor vi vil lære alt fra en triviell melding om behovet for å erstatte en tannbørste til å motta pålitelig informasjon om alle andre ingeniør- og naturobjekter.

Imidlertid er verden av fullstendig informasjonsåpenhet truet av Big Brother-effekten beskrevet av James Orwell i romanen "1984". Denne faren huskes vanligvis når man snakker om i sosiale nettverk, og i mange andre tilfeller av personer som kommer i kontakt med ulike former for sporing av dem. Derfor vil en av hovedoppgavene til fremtidige smartdust-teknologier være bevaring av privat rom (privatliv).

Etter 2013 dukket det opp en fortsatt beskjeden bølge av startups, som forberedte feltet for deres deltakelse i smartdust. De fleste av dem kom ikke opp til systemnivået til Dust Networks, tok en annen vei og satte seg begrensede mål for å rettferdiggjøre investeringen i dem. For eksempel tilbyr Koto Air (Slovenia), QwikSense (Holland), Wynd Technologies og Birdi (begge) systemer for å overvåke atmosfærens tilstand i hjem, utdanningsinstitusjoner og sykehus. American CivicSmart – parkeringsadministrasjon.

Det er åpenbart at disse selskapene forbereder seg på fremtiden, løser spesifikke problemer; de utvikler i hemmelighet sensorer designet for tilkobling via femte generasjons kommunikasjonskanaler. Men det finnes også selskaper med mer seriøse mål, blant dem Cubeworks (USA), som produserer subminiatyrsensorer og Cubisens plattform for innsamling av informasjon og lagring av data.

CubeWorks-sensoren består av fire komponenter plassert på en enkelt brikke:

• ARM Cortex M0-prosessor og 4 KB minne
• Lader
• Radiosender
• Sensor

Strømforbruk i standby-modus er 8 nW. Det øker under overføring, men Lader, som leverer 10 nW per 1 kvadratmillimeter i romlysforhold, i kombinasjon med et batteri gir en ubegrenset driftsperiode.

Store leverandører tar også hensyn til smartdust, først og fremst IBM. Selskapet har tradisjonelt utviklet temaet pervasive computing, som logisk sett er nær smartdust. Men nå går det trolig mot smartdust.

Den blå kjempen gjør ikke alt raskt. Populær visdom sier at IBM begynner å utvikle et markedssegment bare hvis det er mer enn en milliard. Tilsynelatende venter selskapet fortsatt, men helt klart i starten.

Nøkkelpunktet for smartdust er en billig og kraftig prosessor. Den kan lages i masseproduksjon, så som forberedelse til fremtiden kunngjorde selskapet verdens minste datamaskin på Think 2018-konferansen. Størrelsen er 1 kvadrat. mm. Til tross for miniatyrstørrelsen er den sammenlignbar i kraft med Intel 8086. Og i denne kvadratmillimeteren, i tillegg til prosessor og minne, er det en fotocelle som driver enheten og et innebygd fotodiode/fotodetektor-par som gir optisk kommunikasjon med omverdenen. Kostnaden for enheten i masseproduksjon er mindre enn 10 cent.

Hva er smart støv? Video.

Etterfølgere av denne datamaskinen, men som støtter kommunikasjon via en radiokanal, kan bli grunnlaget for fremtidige smartdust-enheter. Inntil da kan en frittstående datamaskin med optisk kommunikasjon fungere som en merkelapp for å bekrefte ektheten til produktet. Det er umulig å forfalske det, og å lese data ved hjelp av en smarttelefon koster ingenting. Masseproduksjon av denne typen tagger vil være grunnlaget for smartdust i overskuelig fremtid.

Konseptet med smart støv ble introdusert av Christopher Pister fra University of California, Berkeley i 2001.

Begrepet "smart støv", som ikke er helt kjent for høyteknologi, refererer til miniatyrsensorer som har datafunksjoner og trådløs kommunikasjon, samt minne for lagring av data og sensitive elementer for måling av miljøparametere.
Smart Dust er perfekt for å organisere trådløse nettverk der noder kommuniserer med hverandre etter behov. Et slikt nettverk har distribuerte databehandlingsmuligheter, og nettverksbåndbredden øker med størrelsen. I tillegg til selve sensorene inkluderer sensornettverk også en rekke "gatewayer". Sistnevnte er nødvendig for å samle inn, behandle og videresende informasjon fra sensorene rundt dem. På det første stadiet av utviklingen av "smart dust"-konseptet forsøkte sensorskapere iherdig å redusere størrelsen. Erfaringene fra implementeringen har imidlertid vist at miniatyrisering ikke alltid er velkommen i industrien. Derfor er de første prøvene av "smart støv" laget av Intel Corporation brett som måler 3 x 3 cm.
En annen anvendelse av nye sensorer som allerede er implementert er overvåking av vannforsyningssystemer. Sensorene er installert på vannrør og signaliserer skjelvingen av røret og fuktigheten i omgivelsene til en spesiell gateway plassert et sted på en lampe eller på huset innenfor rekkevidden til sensorenes trådløse kommunikasjon. Sensorene drives av batterier, og gatewayene drives av nettverket. I Boston er et slikt nettverk allerede i drift.

Den andre generasjonen "smarte støv"-sensorer blir for tiden laget. De er basert på en 32-bits XScale-prosessor, og en spesiell prosessor brukes til å komprimere informasjon, samt for å ivareta sikkerheten. Dimensjonene til de nye sensorene er nesten to ganger mindre enn den forrige generasjonen. De nye sensorene har stort RAM- og FLASH-minne og kan fungere basert på operativsystem Linux. I tillegg har de høyhastighetsr, for eksempel fra videokameraer.

Et eget forskningsområde er spørsmålet om energiforsyning. Det er for eksempel prosjekter for å drive sensorer fra solcellepaneler som måler 10x10 cm.Mulighetene for å omdanne vibrasjon av mekanismer til elektrisitet utforskes. Ved hjelp av ny generasjon sensorer planlegger de å implementere ideen sin om "proaktiv eller foregripende databehandling."
Til nå har datamaskiner bare gjort det mennesker ber dem om å gjøre. Men i fremtiden vil PC-ene våre selv forutse våre behov og selvstendig handle i våre interesser. Datamaskinen vil analysere dagens situasjon, foreta proaktive beregninger og tilby oss visse muligheter for evt ytterligere handlinger, og i noen tilfeller vil den til og med handle på egen hånd, og frigjøre oss fra behovet for å utføre rutineprosedyrer.

Sensornettverk, bestående av mange uavhengige miniatyrautonome enheter med trådløs kommunikasjonsevne, vil være i stand til å organisere seg selv i nettverket og samhandle med hverandre og med "senteret", samtidig som de har en imponerende margin av pålitelighet.

Smart støv for krig

Konseptet "smart støv" ble lånt fra Stanislaw Lems historie "Invincible" og ble inntil nylig ansett som en ting fra en fjern fremtid. Den er basert på ideen om en mikrorobot - en mekanisme hvis størrelse måles i millimeter, eller til og med mikron. En enkelt mikrorobot, som en enkelt maur, er praktisk talt ute av stand til noe. Imidlertid blir mange av dem, samlet på ett sted, som en familie på milliarder av tropiske maur, og ødelegger alle levende ting i deres vei.

En av mulige måter Dens applikasjon, som ble oppfunnet av det amerikanske militæret, er å beseire fiendtlige stridsvogner: en sky av mikroroboter som bærer en ladning omslutter et pansret kjøretøy og eksploderer. Eller fysisk ødeleggelse av fiendtlige styrker ved hjelp av mikroeksplosiver. Etter å ha blitt sluppet fra et fly (ubemannet, selvfølgelig), søker skyen automatisk etter mål, deler seg i klynger av den størrelsen som er nødvendig for å ødelegge dem, stikker rundt dem, trenger inn på ubeskyttede steder og detoneres samtidig. Den resulterende volumetriske eksplosjonen brenner utstyrskontrollsystemer og ødelegger de mest beskyttede bombetilfluktsrommene med maksimal effektivitet utilgjengelig for konvensjonelle våpen.

Fredeligere applikasjoner, som rekognosering og spionasje, krever mye mer komplekse programvarealgoritmer og muligheten til å bruke sofistikert overvåkings- og kommunikasjonsutstyr. Derfor, ifølge eksperter, vil det bli mulig ved hjelp av smart støv tidligst i 2014-2017. Handlingsscenarioet her vil være som følger. En sky spredt i nærheten av et viktig objekt beveger seg umerkelig mot det, og velger samtidig de optimale stedene for å plassere spesialiserte underskyer. Videoovervåkingsskyen, hvor hver støvflekk representerer en egen piksel av matrisen med et kommunikasjonsgrensesnitt med naboene, streber etter å ta en bedre posisjon for en større oversikt over rommet. Bugs (eller kanskje "mygg") etablerer kontroll over lyder. Den vanskeligste delen, overføring av informasjon til etterretningshovedkvarteret, vil neppe være mulig i nær fremtid uten å sende en agent med en enhet som leser den, som i moderne RFID-systemer.

Hva med Russland?

I april 2007 rapporterte lederen for nanosenteret til Moskva energiinstitutt, Andrei Aleksenko, om den pågående utviklingen av nanovåpen i Russland. Ifølge ham er hovedfordelen med dette våpenet at "det er ingen annen beskyttelse mot det bortsett fra nanobeskyttelse." Han avklarte ikke essensen av arbeidet til russiske forskere på det, med henvisning til hemmeligholdet om utviklingen.
For å sikre nasjonal sikkerhet, må Russland utvikle nanoteknologi med to bruksområder. Etter hans mening vil en slik utvikling bidra til å beskytte grenser, samt beskytte mot menneskeskapte katastrofer. Til slutt er det såkalte "smart støvet" en fullstendig undersøkelse av territoriet, men dette er bare mulig med utviklingen av moderne mikro- og nanoelektronikk.

På sin side instruerte Putin, mens han fortsatt var president, i 2007 første visestatsminister Sergei Ivanov om å overvåke riktige utgifter til offentlige midler bevilget til utviklingen av nanoindustrien. "Dette er et aktivitetsområde som staten ikke vil spare noen utgifter for," sa presidenten på et møte ved Kurchatov Institute vitenskapelige senter.

Putin understreket da at staten «gir mye penger» til disse formålene, og «det må investeres slik at det brukes effektivt og gir avkastning». "Det er også veldig viktig å kjenne til målene," bemerket Putin, og så listet han dem opp: "Nanoteknologi vil absolutt være en nøkkelindustri for å lage ultramoderne og ultraeffektive både offensive og defensive våpen, samt kommunikasjon."

I Storbritannia ble 50 enheter kombinert til en sverm.

Britiske forskere presenterte nylig utviklingen på dette området. Deres vitenskapelige interesse fokuserte på studiet av andre planeter: "smarte" enheter på størrelse med et sandkorn, som vil fly i vinden, kan hjelpe spesielt i studiet av Mars.
Slike enheter vil være en datamikrobrikke dekket med et plastskall, som vil kunne endre form når en elektrisk impuls påføres og dermed bevege seg i den retningen operatøren bestemmer. Elektron "støv" kunne plasseres i nesen til romsonder og slippes ut i atmosfæren til andre planeter, hvor det ville bli båret av vinden.

Eksperter fra University of Glasgow i Skottland presenterte resultatene av utviklingen på dette området for sine kolleger på et møte i National Association of Astronomers. Dr. John Barker, professor ved Centre for Nanoelectronics Research i Glasgow, sier at ved hjelp av trådløse nettverk kan slike mikroenheter med en radius på en millimeter formes til svermer om nødvendig. I følge Barker finnes det brikker og enheter i passende størrelse i dag.

Hvis du bruker en viss elektrisk ladning Hvis du "rynker" polymerskallet til en slik enhet, vil støvflekken stige høyere, og hvis du flater det, vil det gå ned. Og trådløse nettverk vil tillate mikroenheter å bli satt sammen til "flokker", og Dr. Barker og hans kolleger opprettet matematisk modell denne prosessen.

"Vi har sett at de fleste partikler bare kan 'snakke' med sine nærmeste naboer, men når det er mange av dem, kan de kommunisere over mye større avstander," forklarte den skotske forskeren. "Under simuleringen oppnådde vi integrering av 50 enheter i en enkelt sverm - og klarte å gjøre dette til tross for den sterke vinden."

Forskere har allerede demonstrert egenskapene til "smart støv", der sensorer, energikilder, digitale kommunikasjonsenheter og nettverksceller passer i et volum på flere kubikkcentimeter. Men hvis de brukes til å utforske andre planeter, vil de trenge sensorer, og nåværende kjemiske sensorer er for store til å passe inn i et flygende elektron "sandkorn." Forskere håper imidlertid at mye mindre sensorer vil dukke opp i løpet av de neste tiårene.

I april 2007 undersøkte John Barker muligheten for å utforske overflaten til Mars ved hjelp av en rekke trådløse miniatyrsensorer, "smart støv", som kan bevege seg over overflaten fra ett punkt til et annet og endre form. Dr. Barker utviklet en datamodell som han så på bevegelsen til 30 tusen miniatyrsensorer på overflaten av Mars. Hver enhet i modellen kan bestemme plasseringen og også endre formen, endre en glatt overflate til en ujevn overflate og omvendt. Sensorer med en jevn form kan lett plukkes opp og bæres av marsvinden, og når de får en ujevn form, faller de igjen på overflaten av Mars på grunn av en økning i motstanden til miljøet. Ved å endre formen på enhetene kan bevegelsen deres kontrolleres. Beregningsresultatene viste at ca. 70 % av sensorene vil kunne dekke en gitt rute på 20 km.

I mellomtiden er interplanetarisk forskning langt fra det eneste anvendelsesområdet for smart støv. Andre kan inkludere å bruke mikroenheter for å samle informasjon om slagmarken eller legge dem inn i sement for å overvåke "helsen" til broer, bygninger og andre strukturer fra innsiden.

Russisk løsning.

Imidlertid kan roboter også ha fredelige oppgaver, for eksempel å utforske nær-jordens rom ved hjelp av flokker av mikrosatellitter. Dette reiser et vanskelig problem: hvordan kontrollere flere mekanismer samtidig. La oss forestille oss at titusenvis av roboter må kontrolleres fra ett senter. Det skal være en kraftig superdatamaskin der, i stand til å spore posisjonen til hver robot og gi den instruksjoner. Dette krever enormt mye tid, og i tillegg er det veldig utrygt: kontrollsenteret kan svikte. Det er mye lettere å gjøre det mulig for hver robot å akseptere uavhengige beslutninger og koordinere sine handlinger med sine naboer.

Handlingsalgoritmen, oppfunnet av russiske forskere fra Taganrog Radio Engineering Institute i 2003, er som følger. Først danner robotene en enkelt sky. Han blir fortalt koordinatene til målene. Hver robot, som kjenner sine koordinater og koordinatene til målene, velger det nærmeste målet og bestemmer om de skal bevege seg mot det. For å gjøre dette finner han ut hvor mange roboter som allerede har satt kursen mot dette målet. Hvis antallet er tilstrekkelig, begynner han å lete etter et annet mål eller forblir i reserve. Hvis ikke, bestemmer den seg for å angripe, og varsler naboer om det. Så skyen brytes veldig raskt opp i fragmenter, klynger, som beveger seg mot sine mål.

Klyngeprosessen må fornyes med jevne mellomrom. Dette er nødvendig for å ta hensyn til endringer i driftsmiljøet. For eksempel, hvis en robot faller ut av spillet, bør skyen vite om det og raskt erstatte den med en sikkerhetskopi. På samme måte må du ta hensyn til endringer i koordinatene til målet - det kan bevege seg for langt unna noen roboter i klyngen. Dette betyr at ytterligere styrker må bringes til ham.

Datasimuleringer har vist at den foreslåtte tilnærmingen er svært effektiv, og beslutningsalgoritmen for mikroroboter er så enkel at den lett kan implementeres i de små elektroniske hjernene til disse miniatyrskapningene. I tillegg viser hele prosedyren seg å være ekstremt fleksibel, i stand til raskt å ta hensyn til både tap av mikroroboter og endringer i oppførselen til mål.

USA tester allerede aktivt «smart støv».

Utviklingen av såkalt «smart støv» pågår også i USA. Tilbake i 2002 sa Hans Mulder, direktør for Intel Research ved University of California, Berkeley, at de var "mikroskopiske, selvdrevne sensorenheter med trådløs kommunikasjonsevne." Ifølge ham eksisterer enhetene allerede og testes dessuten ut.

I fremtiden vil tusenvis av disse rimelige trådløse sensorene, plassert på et bredt spekter av steder, være selvkoblet og drevet av innebygde strømkilder innen få år. I mellomtiden kan sensornettverk bare bestå av noen få hundre "støvflak", siden disse enhetene forblir for dyre, og driftstiden deres er bare noen få dager. Ifølge Mulder er hovedhindringen for utbredt bruk av sensornettverk de høye kostnadene for strømforsyninger, som koster rundt 150 dollar.

Det amerikanske militæret planlegger å bruke milliarder av dollar for å implementere smart støv. De mener det er verdt det - "smart støv" bestående av nanoroboter som slippes ned på fiendens territorium kan forårsake stor skade på fienden. Roboter vil reprodusere sin egen type fra skrotmateriale og spionere, overføre informasjon til hoveddatamaskinen, og på kommando fra senteret vil de gå til offensiven: de vil trenge inn i kroppene til fiendtlige soldater (drepe dem eller ganske enkelt immobilisere dem), stoppe hvilken som helst motor, omdirigere ethvert signal, eller bare eksplodere, ødelegge utstyr og mannskap over et stort territorium. Mulder sa at amerikanske forskere har utviklet flere sensornettverk basert på "smart dust"-prinsippet. Ett nettverk testes i kamp i Afghanistan, hvor det amerikanske militæret har satt inn flere tusen sensorer for å spore bevegelsene til militært utstyr. Et annet nettverk brukes på Wild Duck Island i Maine, hvor forskere bruker det til å studere migrasjonen av petreller, og et annet er en del av Berkeleys jordskjelvsimulatorsystem.

«Smart Dust» er allerede i salg

Dust Networks, hvis tekniske direktør er Kristopher Pister, en av pionerene innen konseptet "smart dust" - distribuerte nettverk av ultrasmå enheter som støtter trådløs datautveksling - har introdusert sitt første produkt på markedet. Det første smarte støvtestsettet, kalt SmartMesh, består av 12 miniatyrenheter kalt "motes". Prisen på hele settet, inkludert selve enhetene og programvaren, er 4 950 tusen dollar.

Enheter koblet til trådløse linjer overføringer og kan overføre data fra sensorer som overvåker temperatur, vindhastighet, fuktighet eller andre parametere. De er i hovedsak batteridrevne trådløse rutere. Med deres hjelp kan du lage for eksempel kontrollsystemer produksjonsprosesser eller sikkerhetssystemer. Datautvekslingshastigheten til "støvfliser" er relativt lav, noe som gir lavt strømforbruk og strøm fra autonome kilder. Dette kan i sin tur redusere kostnadene for operativsystemer basert på dem betydelig, siden det ikke er behov for ledninger for strømforsyningsnettverk, og gir også enestående systemfleksibilitet.
SmartMesh er et "lag" som lar deg organisere datautveksling mellom to andre "lag" - sensorer, på den ene siden, og informasjon System, der de opererer, på den andre. Hvert "støvflekk" representerer en node trådløst nettverk datautveksling med ultralavt strømforbruk. Data overføres fra node til node, i likhet med hvordan pakker overføres på Internett – bortsett fra at smartstøvsystemet bruker en annen dataoverføringsprotokoll i stedet for TCP/IP, som har blitt de facto industristandarden. En annen forskjell er at teknologien er utviklet for å holde enheter slått av mesteparten av tiden. "Hvis du holder radioen på hele tiden," bemerker Chris Pister med rimelighet, "vil batteriene bare vare noen uker." Den nye teknologien har gjort det mulig å oppnå et fantastisk resultat - en enkelt "støvflekk" på AA-batterier kan vare i tre år uten å erstatte dem. Programvare Business 2.0, som følger med motene, lar dem organisere nettverket selv og sørge for et så lavt strømforbruk.

I følge forfatterne av utviklingen, etter hvert som konseptet "smart støv" blir mer utbredt, vil produsenter begynne å utstyre bokstavelig talt hver detalj, enhet og hvert rom med sensorer, noe som vil åpne opp muligheten for å overvåke og administrere et bredt spekter av teknologiske prosesser eller for eksempel energiforbruk i sanntid. Dette vil spesielt gjøre det mulig å øke produksjonseffektiviteten, skape mer pålitelige sikkerhetssystemer (utstyre hele den beskyttede omkretsen med vibrasjonssensorer) og forbedre feltproduktiviteten (ved å plassere fuktighets- og surhetssensorer i jorden til hver plante).
Å bringe ideen om "smart støv" til live krevde betydelige investeringer. Dust Networks mottok totalt mer enn 7 millioner dollar for utviklingen fra selskaper som Foundation Capital, Institutional Venture Partners. En av dem var In-Q-Tel, et risikokapitalselskap finansiert av CIA. Dust Networks har ennå ikke gitt data om hvor mye store industrielle «smart dust»-nettverk vil koste kundene.

Nær fremtid.

Generelt er det mange scenarier der sensornettverk kan brukes rasjonelt: fra å overvåke tilstanden til vingården (fuktighet, temperatur, modenhet, tilstedeværelse av skadelige insekter) til et fullverdig sikkerhetssystem som kan kontrollere bokstavelig talt alt: fra tilstedeværelsen av lovbrytere i kontrollert område til overvåking av atmosfæren for stråling og giftige stoffer. Ideelt sett vil alt i fremtiden være utstyrt med sensorer - fra bybygninger og biler til menneskekroppen.

Amerikanske fysikere har oppdaget at et nanorør resonerer med et radiofelt. Basert på dette bygget de en mottaker som kan motta signaler utenfra med en frekvens på ca 300-400 megahertz, det vil si at radiorekkevidden til røret kan justeres. Røret fungerer både som antenne og mottaker. Den neste utfordringen for sensornettverk i fremtiden er implementeringen av dem på mikro- og nanoskala. Inn i menneskekroppen, inn i en bygning, inn i en struktur, og så videre. Om ti år vil nanoteknologi med nanotransmittere komme inn i hverdagen vår.

← Eldre innlegg

"Thinking reed" er en kjent setning som, som karakteriserer menneskehetens totale mentale potensial, ble formulert av den berømte franske filosofen, naturforskeren og forfatteren Blaise Pascal. I dag ser det ut til at amerikanske forskere har kommet opp med en ny, lignende definisjon for kollektiv kunstig intelligens - "smart støv"!

Merk at selve konseptet "smart støv" er smartdust introdusert i vitenskapelig bruk av den amerikanske forskeren Christopher Pister fra University of California tilbake i 2001. Men allerede før dette, nemlig i 1992, ble Microsystems Technology Bureau (MTO) opprettet i USA i regi av DARPA, hvis formål var å lage kompakte mikroelektroniske og fotoniske enheter, som for eksempel mikroprosessorer, som samt ulike typer mikroelektromekaniske systemer Arbeidet ble utført veldig aktivt, som et resultat av at en modell av MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle)-roboten ble opprettet ved Sandia National Laboratory på samme 90-tallet, med et volum på bare omtrent en kubikktommer.

Videre, som de sier - mer og allerede i 2000 ble størrelsen redusert fire ganger! Til tross for størrelsen har "maskinen" dessuten en prosessor med 8 KB minne, en temperatursensor, en mikrofon, et videokamera og en kjemisk sensor. I fremtiden var det planlagt å utstyre denne roboten med trådløs kommunikasjon slik at flere av disse mikrorobotene kunne slå seg sammen for å løse et eller annet felles problem.

Vel, det trengs, for eksempel, kanskje for (som det amerikanske militæret antar) å omslutte for eksempel en tank i form av en sky, for så å trenge gjennom sprekker og lekkasjer inne i kjøretøyet, og deretter eksplodere på kommando! Ved å legge til slike mikrosensorer i malingen som brukes på fly, vil vi kunne få informasjon om tilstanden til overflatene. Og hvis de er malt innendørs, vil de kunne signalisere brann, røyk og til og med for mye karbondioksid. Selvfølgelig vil slik maling være betydelig dyrere enn vanlig, så bruken av den i boliger er ikke en veldig nær fremtid, men på atomubåter og kraftverk kan den brukes bokstavelig talt i morgen - det er bare et spørsmål om "små ting" - lage slike mikroenheter og gi dem strøm. Forresten, en prøve som måler en kubikkmillimeter, utstyrt med en temperatur, bevegelsessensor og en radiosignalsender, eksisterer allerede. Hva er en millimeter?!

Det er fristende, sier Joshua Smith, direktør for Sensory Systems Laboratory ved University of Washington i Seattle, å dekke alt rundt med slike sensorer og instruere dem til å spore fenomener og objekter av interesse for oss. Men her oppstår problemet med energiforsyningen deres. Men de jobber med dette problemet også i dag, og i flere retninger samtidig. Dette kan være bittesmå solcellepaneler plassert rett på "baksiden" av disse bittesmå robotene, eller termoelektriske generatorer som konverterer varme til elektrisk strøm.

Arbeid med "smart støv" pågår ikke bare i utlandet, men også i Russland. Spesielt har forskere fra Taganrog State Radio Engineering Institute laget en matematisk modell som gjør det i prinsippet mulig å forstå hvordan man kontrollerer skyer av slike mikroroboter, og hvordan de alle bør handle sammen for å fullføre oppgaven. Til å begynne med danner de en enkelt masse, som mottar en oppgave fra kontrolldatamaskinen. Hver robot, som bestemmer koordinatene og koordinatene til målet, finner først og fremst ut hvor mange roboter som er nærmest den, og om det er nok av dem til å fullføre oppgaven. Hvis "ja", så ser han etter et annet mål, hvis "nei", så skynder han seg til objektet. Dermed dannes det grupper av roboter, som hver skal utføre sin egen oppgave.

En vakker løsning, for å være sikker, men det, som veldig ofte skjer i vitenskapen, gir opphav til et helt annet problem. Faktum er at tilkoblingen av disse mikromotene med kontrollsenteret og med hverandre vil kreve et enormt energiforbruk. Imidlertid ser det ut til at en løsning allerede er funnet, og av Dr. John Baiker fra Center for Nanoelectronics i Glasgow. Etter hans mening kan informasjon fra en robot til en annen overføres langs en kjede, noe som vil redusere energikostnadene betydelig.

Tenk deg en verden hvor trådløse enheter på størrelse med en saltkrystall. Disse "midgets" er utstyrt med autonom strømforsyning og datakraft. I tillegg kommer kameraer og mekanismer for trådløs dataoverføring. Slike mikroelektromekaniske systemer (MEMS) kalles smart støv. Og snart kan de "spre seg" i nabolaget. La oss finne ut hva det er og hvor "støvflekker" brukes.

Hva kan smart støv gjøre?

MEMS er utstyrt med bittesmå sensorer som kan registrere alt fra lyssvingninger til temperaturvibrasjoner. På grunn av deres miniatyrstørrelse kan enheter forbli suspendert i rommet som støvpartikler. De kan:

• samle inn enorme mengder data, inkludert akselerasjon, spenning, trykk, fuktighet, lyd og mer;
• behandle alt dette ved hjelp av den innebygde datamaskinen;
• lagre data i minnet;
• overføre informasjon trådløst til skyen, basen eller andre "støvflekker".

Mikroskala 3D-utskrift

Utskrift av støvkomponenter på en kommersielt tilgjengelig 3D-skriver vil gjøre teknologien tilgjengelig. Tidligere har vi undersøkt i detalj bruken av teknologi på forskjellige områder av menneskelivet.

Optiske linser av miniatyrsensorer lar deg få bilder av ultrahøy kvalitet. Nå kan vi ikke engang forestille oss det.

Praktisk påføring av smart støv

Smart støvs potensial til å samle inn informasjon om miljøet i utrolig detalj vil påvirke mange ting. Det er som Internet of Things (IoT)-teknologi multiplisert med milliarder. Her er bare noen få eksempler praktisk anvendelse smart støv.

• Overvåk avlingene nøye for å bestemme behovet for vanning, gjødsling og insektkontroll.
• Overvåking av utstyr for å utføre service i tide.
• Identifiser mangler og korrosjon før systemfeil.
• Overvåking av mennesker og produkter for sikkerhetsformål.
• Måler alt som kan måles. Og nesten overalt.
• Kontroll av levering av produkter fra produsenten til butikken, inkludert transport på alle måter.
• Bruk i medisin: diagnose uten kirurgi. Og også kontroll over enheter som hjelper mennesker med funksjonshemminger å samhandle med verktøy som hjelper dem å leve selvstendig.
• Forskere ved University of California, Berkeley, har publisert en artikkel om potensialet til smart støv. Hvis det er implantert slik at det "drysser" hjernen, så kan du få tilbakemelding om funksjonaliteten.

Hvorfor er smart støv farlig?

Det er fortsatt problemer som hindrer utbredt bruk av smart støv. Her er noen av dem.

konfidensialitet

Eksperter er bekymret for MEMS personvernspørsmål. Smartenheter kan ta opp det de er programmert til å ta opp. På grunn av sin miniatyrstørrelse er de vanskelige å oppdage. Og her kan du slå på fantasien om emnet: hva om smart støv faller i feil hender...

Kontroll

Milliarder av smarte støvpartikler spres lett over det valgte området. Og å sette dem sammen om nødvendig er ikke en lett oppgave.

På grunn av størrelsen er støvpartikler vanskelig å oppdage. Og alle partiklene er fra "pulveriserte" - og enda mer. I tillegg vil selv et lite antall "uoppdagede elementer" fortsette å lekke informasjon.

Pris

Dette er ny teknologi. Derfor er kostnadene ved implementeringen svært høye. Inntil kostnadene kommer ned, vil smart støv være utenfor rekkevidde for mange.

Smart støv ødelegge verden?

MEMS-teknologi kan være forstyrrende for økonomien og verden som helhet. Dette mener de som har utviklet det siden 1992. Den samme ideen støttes store selskaper som investerte i forskning. Blant dem er General Electric, Cargill, IBM, Cisco Systems.

Derfor er det viktig å fjerne alle "farlige" øyeblikk i stedet for å "spre" smart støv overalt.