Smart Dust: prach je už dostatočne inteligentný na to, aby pomohol človeku. Čo je inteligentný prach a ako jeho šírenie mení svet okolo nás Inteligentný prach

Vyvíja sa IPLIT RAS a Laboratórium intelektuálneho výskumu „LINTECH“. distribuovanej technológie senzorové siete (RSS). Generálny riaditeľ LINTECH LLC hovorí o tom, aké reálne je pre našu krajinu urobiť bezprecedentný skok v rozvoji priemyslu RCC. Jurij Aurenius.

Žiaľ, existujú strategicky dôležité sektory technologického pokroku, v ktorých Rusko v obdobiach perestrojky, chaosu 90. rokov a nastolenia politickej stability na začiatku 21. storočia beznádejne zaostávalo za Západom a rýchlo rastúci potenciál tzv. ázijské tigre.

Medzi takéto oblasti vedy patrí mikroelektronika, technická kybernetika, robotika a mnohé ďalšie oblasti, ktoré sú základom prechodu ekonomík krajín na priemysel 5. technologického poriadku. Pozoruhodný je najmä rozvoj telekomunikačných a komunikačných technológií, od ktorých najviac závisí efektívnosť riadenia a kvalita riadenia najdôležitejších výrobných zariadení, ako aj celého komplexu takzvaných výrobných zariadení. Národné hospodárstvo.

Stojí za to si to priznať Wi-Fi štandardy a Bluetooth, ktoré vnímame ako pokročilé a najviac účinnými prostriedkami komunikácie sú ďaleko od najmodernejších a najspoľahlivejších. Do masového praktického využitia sa vo svete zavádza stále viac a viac. distribuované senzorové siete (DSN), pripravený pracovať ako „inteligentný prach“ – nezávisle sa organizovať do jedinej inteligentnej siete a ovládať byty, obytné budovy, celé mestá a dokonca aj kontinenty na základe tisícok cieľových parametrov.

Sú desaťkrát spoľahlivejšie ako existujúce bezdrôtové siete a umožňujú vytváranie systémov na automatické riešenie obrovského množstva životne dôležitých úloh prakticky bez ľudského zásahu. Dnes ešte stále existuje šanca vyplniť túto umelo vytvorenú medzeru a zatlačiť Rusko do posledného vozňa odchádzajúceho vlaku pokrokových inovácií v oblasti bezdrôtových telekomunikácií.

Najsľubnejší projekt vývoja domácich čipov štandardu ZigBee a softvér pre ich aktívne uplatnenie v rôznych oblastiach možno nazvať tím Ústavu laserovej a informačných technológií RAS (Shatura) a Laboratórium intelektuálneho výskumu „LINTECH“. Generálny riaditeľ LINTECH LLC hovorí o tom, aké reálne je pre našu krajinu urobiť bezprecedentný skok v rozvoji priemyslu RCC. Jurij Aurenius.

─ Yuri, povedz nám, ako sa hovorí na prstoch, aká je zvláštnosť tejto technológie? Senzorové siete znejú trochu sci-fi...

─ Bolo by lepšie, keby vám náš technický riaditeľ Igor Voronin povedal, že je jedným z popredných odborníkov v Rusku v oblasti RSS. Senzorové siete majú mnoho funkcií a výhod. Možno existujú dva hlavné: náhodne umiestnené moduly senzorovej siete sa okamžite nezávisle organizujú do jednej siete. A druhým je, že Wi-Fi a Bluetooth sú postavené pomocou „hviezdnej“ technológie – vtedy je jeden bod distribuovaný všetkým nastavenia siete a ďalšie „detské“ zariadenia sú k nej pripojené a sieť podľa štandardu ZigBee je schopná stať sa zmiešanou sieťou, ktorá sa sama formuje do štruktúry s náhodnými spojeniami. Senzorová sieť je MESH. Vizuálne nepredstavuje hviezdu („point-multipoint“), ale rybársku sieť – t.j. každý prvok takejto siete interaguje s mnohými susednými prvkami a vytvára potrebné spojenie. To zabezpečuje výrazne vyššiu spoľahlivosť prenosu dát. Čím viac účastníkov je, tým väčšia je spoľahlivosť prenosu dát. Sieť môže stratiť až 40 % aktívnych zariadení pri zachovaní základnej funkčnosti. Rozsah použitia je prakticky neobmedzený - od bežných domácich spotrebičov až po seriózne systémy monitorovania a podpory života.

Ale pripojenie modulov rovnakého štandardu do jednej siete nie je najťažšia úloha. Toto sa deje automaticky. Každá takáto sieť má však iné požiadavky - niektoré potrebujú často prenášať údaje z bodov do centra, iné - raz za hodinu, iné zaručene prenesú údaje s daným trvaním a ďalšie môžu mať za úlohu raz zapnúť rok počas požiaru a prenos dát a zvyšok času „spi“ - mal by byť maximálny výkon siete bez výmeny batérií. Rôzne problémy sa riešia rôznymi požiadavkami na sieť. Vznikajú tak rôzne protokoly a algoritmy na interakciu sieťových komponentov – ako sa súčasne „zobudiť“ pre všetky senzory, preniesť informácie a potom opäť zaspať, aby sa v tomto prípade neplytvalo drahocennou energiou. Alebo naopak, podľa akej schémy sa potrebujú zapnúť a spať, aby bolo zaručené zber a prenos dát do centrálneho uzla zberu a spracovania dát.

Sieť pozostáva z uzlov – tzv. márnotratníkov Každý uzol je softvérové ​​a hardvérové ​​zariadenie, ktorým je transceiver, hlavný čip (mikroprocesor), ktorý spracováva príkazy, moderný autonómny zdroj napájania a nejaký druh senzora. Ak neviete, senzor, v ruštine, je senzor. Ku každému takému mote možno pripojiť niekoľko rôznych snímačov. Čím viac senzorov pripojíme k jednému uzlu, tým viac rôznych parametrov dokážeme merať, no zároveň sa zvyšuje spotreba batérie. Senzory sú zvyčajne štandardné. Ide o merania teploty, tlaku, vlhkosti, osvetlenia, vibrácií, hluku, polohy v priestore (sklonomery), počtu otáčok (kodéry), žiarenia, oxidu uhoľnatého (CO/CH). Okrem snímačov je možné inštalovať aj riadené akčné členy. Potom každý sieťový uzol začne pracovať ako " inteligentný dom- zhromažďuje potrebné informácie a odošle ich na spracovanie, potom prijme riadiaci signál „z centra“ a odošle ho ovládaču na spracovanie. A žiadne káble alebo pochybnosti o spoľahlivosti systému.

Senzory môžu byť tiež špeciálne navrhnuté. Ale v tomto prípade sa náklady na uzol prudko zvyšujú. Na vybudovanie siete sa spravidla používajú desiatky uzlov, snažia sa využívať štandardné senzory. Sú lacnejšie vďaka sériovej výrobe, opraviteľné alebo rýchlo vymeniteľné – hlavné je, že spĺňajú požadované parametre. Sieť má koordinátorov - inteligentnejšie mote, ktorí vykonávajú základné funkcie sieťovej synchronizácie, keď sú zapnuté, zisťujú všetky dostupné zariadenia a na základe nich budujú sieť. Existujú medziľahlé uzly - opakovače alebo smerovače. A treťou úrovňou sú koncové zariadenia. Senzory sú k nim pripevnené. Prostredníctvom opakovačov je vybudovaná sieť, cez ktorú sa zozbierané dáta prenášajú v paketoch a všetky prúdia do jedného zberného miesta. Vzdialenosť medzi zariadeniami v súčasnosti spravidla nepresahuje 100 metrov. Hoci čipy už boli vyvinuté a sú v predaji, komunikujú medzi sebou na vzdialenosť až 1 km. Je pravda, že zároveň musíte pochopiť, že ak signál prejde na väčšiu vzdialenosť, znamená to, že bude väčšia spotreba batérie, sieť spotrebuje energiu rýchlejšie. Existujú špeciálne operačné systémy pre senzorové siete - TinyOS a celý vývoj sa zvyčajne vykonáva v jazyku C, pre operačné systémy podobné Linuxu.

─ Wow! S pomocou takejto siete sa ukazuje, že je možné ovládať obrovské priestory?

─ Inak! Ak napríklad umiestnite 64 tisíc žetónov na vzdialenosť 1 kilometer, potom prvý a posledný bude opäť vo vzdialenosti 1 km. Pretože takto obídeme celú zemeguľu. Pravda, takéto globálne experimenty ešte nikto nerobil, ale napríklad v Anglicku sa už dnes používa senzorová sieť na riadenie pouličného osvetlenia.

─ Máte už čo ukázať na praktickom príklade?

─ Dnes už máme niekoľko projektov v štádiu testovacej prevádzky. Napríklad projekt v oblasti priemyselného monitoringu. Na území Shaturskaya GRES č. 5 bola nasadená sieť RSS na vykonávanie tepelnej regulácie na recirkulačnom potrubí napájacích čerpadiel blokov č. 1–6. Teplota potrubia v skúmanej oblasti je za normálnych podmienok 230°C. Presnosť merania je 5–10 stupňov, merania sa vykonávajú každých 10 sekúnd. Takéto technologické monitorovanie je možné nielen v energetických podnikoch, ale aj v okresných kotolniach, elektrických rozvádzačoch a chemickej výrobe, pretože RSS má výhody: rýchla inštalácia, jednoduchosť a jednoduchosť údržby.

Veľkú pozornosť venujeme využívaniu senzorových sietí v systéme bývania a komunálnych služieb. Už sa rozvíjame vo viacerých mestách a chatové dediny Moskovská oblasť. Tento smer vývoja považujem za najperspektívnejší, možno spolu s poplašnými a zabezpečovacími systémami. Je zrejmé, že pomocou RSS je možné vykonávať výťahové a inžinierske monitorovanie všetkých systémov bývania v meste a komunálnych služieb, ako aj organizovať riadenie všetkých technické zariadenia bytových a administratívnych budov, zavedený je zber údajov z meracích zariadení potrebných na vystavovanie faktúr, všetky druhy zabezpečovacích systémov (vlámanie, požiare) a zabezpečenia (panikové tlačidlá, kľúčenky a pod.). Je veľmi dôležité, aby vnútropodnikový inžiniersky systém založený na PSS pomáhal v prípade nehôd alebo netesností automatický režim uzavrieť trojcestný ventil a súčasne informovať dispečera o mieste úniku, čím sa zabráni núdzovému úniku vody z potrubia. Taktiež je možné regulovať vetranie – vlhkosť a teplotu v miestnostiach. Ak sú tieto systémy dobre fungujúce, straty minimálne, nastavenia flexibilné pre každého užívateľa – to všetko povedie k nižším sadzbám, úrokom zo strany poisťovní atď. ...

Liek– vzdialené monitorovanie pacientov. Na oddelení funkčnej diagnostiky MONIKI sa plánuje nasadenie systému monitorovania pacientov. Pacienti v nemocnici nosia senzory - vo forme náramku - na meranie tlaku, teploty a srdcovej činnosti. Prenášajú dáta na centrálny server, kde môže ošetrujúci lekár získať informácie o stave pacienta cez záznamník XBee. Pre niektoré kategórie pacientov je možné poskytovať platené lekárske pozorovacie služby, napríklad doma. V tomto prípade je súprava PCC nainštalovaná tak, že brána vydaná pacientovi je spojená so serverom na ukladanie údajov. Pacient sa môže pohybovať, pričom zostáva v dosahu centrálneho bodu zberu údajov. Potom, v prípade kriticky nebezpečného stavu pacienta, sa alarmový signál dostane na centrálny server, alarmový signál sa spracuje a odošle špecialistom a zobrazia sa kompletné údaje o pacientovi, aby mohol ošetrujúci lekár rozhodnúť o potrebné opatrenia.

Spolu s Rosatomom sme začali študovať problematiku radiačného monitorovania jadrových nebezpečných zariadení. Prebieha výskum možností, perspektív a problémov využitia RSS pre systém monitorovania stavu budov existujúcich výskumných jadrových zariadení (RNI) a iných jadrovo nebezpečných zariadení. RSS bol rozmiestnený v časti budov Výskumného ústavu jadrového výskumu v Dimitrovgrade a bola vykonaná štúdia správania sa systému v reálnych podmienkach. Problémy spoľahlivosti systému pri vystavení zvýšenému žiareniu pozadia, problémy šírenia rádiového signálu používaného na komunikáciu RSS uzlov v prítomnosti prekážok v podobe konštrukcií z „ťažkého“ betónu používaných pri výstavbe budov s radiačným a jadrovým nebezpečenstvom skúmali sa aj predmety.

Ruské železnice vyvíjajú systém na kontrolu teploty dvojkolesia. Pomocou RSS možno tento problém vyriešiť lacnejším a spoľahlivejším spôsobom, ako sa to robí v súčasnosti, keď sa teplota meria diskrétne, keď elektrický vlak prechádza bodom zberu údajov KTSM. Experimentálna zóna bude podľa plánu nasadená v depe Kurovskaya na prímestskej električke. Počas jazdy bude mať vodič k dispozícii informácie o teplote dvojkolesia v reálnom čase. Zozbierané údaje bude možné ukladať aj do centrálnej databázy, do ktorej bude mať prístup staničný strážnik v stanici, kadiaľ električka prechádza.

O naše systémy v stavebníctve je záujem - sledovanie sadnutia a odchýlok stavieb a stavieb. Potenciálny zákazník – „Rosstroy“. V blízkej budúcnosti sa plánuje vytvorenie distribuovaného monitorovacieho systému pre budovy a stavby na báze RSS na sledovanie hodnôt sadania, odchýlok od zvislosti a otvorenia trhlín v stavebnej zóne dvoch jám existujúcich v Moskovskom regióne v reálnom čase, pričom výstup dát na centrálny server a zverejnenie na WEB.

Logistika – kontrola pohybu tovaru. Pre logistické automatizované komplexy je možné organizovať zber dát o trasách pohybu rádiových zariadení s jednoznačným identifikátorom medzi skladmi a v rámci nich s polohovaním vzhľadom na miesta zberu dát a ukladaním informácií na centrálnom serveri. V rámci tohto smerovania môžeme pri masovej distribúcii senzorových technológií generovať aj informácie o toku distribúcie tovaru, riadení marketingových iniciatív atď.

Nie je možné teraz vymenovať všetky realizačné projekty. Ešte raz podotýkam, že rozsah aplikácií senzorových sietí je veľmi široký... Dnes sme pokryli minimálne 20 rôznych oblastí a práca v tomto smere stále prebieha. Riešenia sú na ceste pre ministerstvo pre mimoriadne situácie, baníkov, priemyselné podniky, školstvo...

─ Takže na základe nášho laserového inštitútu vyvíjate ruskú verziu zariadenia pre senzorové siete?

─ IPLIT RAS pracuje so senzorovými sieťami z hľadiska vývoja a štúdia ich rôznych vlastností. Keďže všetky čipy sú vyvinuté v Amerike a vyrábané v Číne, v Rusku nás obmedzuje základňa mikroprocesorov, ktorú si môžeme kúpiť. No, alebo, ako možnosť, vytiahnuť zo zahraničia vo vreckách. Iná možnosť zatiaľ nie je. A študujeme siete z hľadiska toho, ako ich sfunkčniť čo najdlhšie, alebo ako zabezpečiť, aby signál zaručene spoľahlivo prechádzal sieťami a ako čo najrýchlejšie urobiť cestu paketov s dátami cez ne. . Synergia z takéhoto partnerstva je veľmi sľubná.

─ Je ruská veda v tejto oblasti ďaleko za svojimi zahraničnými kolegami?

─ V komercializácii a praktickom rozvoji sme stále veľmi ďaleko od potenciálu, ktorý už existuje vo výskumných centrách Japonska, EÚ a USA. Z vedeckého hľadiska sa v Rusku teraz vytvorila pomerne silná škola s vlastným jedinečným vývojom. Dnes výsledky dokonca publikujeme v popredných medzinárodných vedeckých časopisoch – pokrok je tu. Teraz je hlavnou vecou nájsť sériovo vyrábaný lacný a „správny“ motor a to bude prelom v technológii. Napríklad všetky domáce spotrebiče môžu byť vybavené takými prvkami siete senzorov - vo vysávačoch, práčky, televízory atď. nasadiť senzorové siete s teplotnými senzormi nastavenými na 300–400 stupňov... Senzory umiestnené v domácich zariadeniach v bytových bytoch budú hlásiť cez sieť do centra požiar v skrini konkrétneho bytu oveľa skôr ako samotný obyvateľ bytu ... (hlavne keď nie je doma) . Senzor môžete dať do TV resp hudobné centrum a počas núdzovej situácie sa toto zariadenie použije na komunikáciu o núdzovej situácii. A tieto informácie budú adresovateľné – každý čip má svoju MAC adresu v sieti, jeho prepojenie s ostatnými čipmi a bránami na zber a spracovanie dát prakticky určuje jeho polohu. V hromadnej výrobe by tieto sieťové prvky mali stáť cent a vykonávať svoje funkcie ako „inteligentný prach“.

─ Vo všeobecnosti je vaším cieľom doviesť túto technológiu k spotrebiteľskej dokonalosti...

─ Áno – vymyslieť všetku infraštruktúru, softvér, senzory a samozrejme aj samotné čipy, ktoré patria do kategórie kritických technológií a na ich výrobu nie je možné zakúpiť licenciu. A ak vyvinieme celý rad – ako rozhrania, tak aj rôzne senzory a algoritmy výmeny dát – tak budeme schopní vyrábať plnohodnotné hotové riadiace a monitorovacie systémy, vstúpiť na trh vrátane toho globálneho a vytvárať služby.

─ Povedzte nám, v akom štádiu je projekt teraz? Pokiaľ viem, teraz sa sťahujete do Skolkova...

─ Kým sme mali čistú vedu. Koncom minulého roka sme požiadali o pobyt v Nadácii Skolkovo, dostali sme kladné rozhodnutie a od jari 2013 sme plnohodnotnými rezidentmi inovačného centra. Skolkovo je príležitosťou prilákať financie, rozvinúť projekt do štádia komercializácie a mať slušné postavenie. Z vlastných peňazí to nedokážeme. Dnes prechádzame fázou budovania prototypových riešení, formovania experimentálnych zón, spracovania výsledkov výskumu, finalizácie a patentovania našich vynálezov.

─ Kedy sa podľa plánu dostanete do štádia komerčnej implementácie?

─ Myslím, že do konca budúceho roka.

─ Koľko sa už do projektu investovalo?

─ Asi 15 miliónov.

─ doláre?

─ Nie, rubľov. Teraz plánujeme prilákať externé investície, aby sme pokračovali v našej práci smerom k dosiahnutiu obchodného výsledku. Sme 100% presvedčení o našom úspechu.

─ Čo je potrebné urobiť na vytvorenie lacného „inteligentného prachu“? Máte plán, ako urobiť technológiu lacnou?

─ Existuje len jeden recept - masový dopyt. Jeden čip na výskum dnes stojí viac ako 30 dolárov, dokonca prvých 100 čipov už stojí 1 800 dolárov, je zrejmé, že milióny by nemali stáť viac ako 1–2 doláre. Potom príde čas na „inteligentný prach“.

─ Je pre sériovú výrobu potrebné vytvoriť sériový závod?

─ Najprv musíme vytvoriť základňu prvkov a hardvérovú infraštruktúru technológie. Sme v kontakte s ruská spoločnosť ITFY, ktorá nám poskytne CAD pre vývoj mikroelektronických komponentov. Kolegovia z ITFY na čele s prezidentom spoločnosti Leonidom Svatkovom spolu s IBM Corporation spustili projekt ITFY špeciálne pre Rusko, ktorý otvoril „Electronic Technology Center“ (CET) - pre komplexné infraštruktúrne riešenie pre kolektívny vývoj čipov a dosky plošných spojov založené na hardvérovej a softvérovej platforme IBM. Na SPIEF 2012 bolo oznámené vytvorenie Centra pre elektronické technológie (CET).

─ Aký objem výroby sa plánuje vytvoriť?

─ Ťažko povedať... Technológia Wi-Fi Bluetooth je dnes v každom mobilnom telefóne a vyrábajú sa a predávajú v miliónoch kusov. Zameriavame sa na rovnaké pokrytie s našou sieťou. Zapnuté Mobilné telefóny Nerobíme žiadne nároky, ale domáce spotrebiče, autá, hračky, konzoly, počítače a mnohé ďalšie môžu poskytnúť požadované pokrytie. Aby bol projekt ziskový, je potrebné vstúpiť na svetový trh. Ak teraz projekt spustíme správne a nebudeme mať problémy s financovaním, tak o 5 rokov budú senzorové siete všade.

─ Prečo Skolkovo?

─ Skolkovo poskytuje všetky podmienky pre aktívny rozvoj projektov, ktoré je možné získať hotovosť pre výskum a vývoj. Už teraz rokujeme s viacerými známymi venture fondmi o možnosti prilákať do projektu rizikové investície. V budúcnosti oslovíme známych svetových lídrov v tejto oblasti s cieľom vytvorenia spoločného výrobného podniku. Veľkí investori chápu, že ak je skutočný záujem a človek dokáže investovať do sľubnej technológie, môže získať slušný komerčný výsledok. Skolkovo má všetky možnosti na získanie financovania a komplexnú podporu projektu. Preto je tam veľmi priateľská atmosféra.

─ Vidím. V Skolkove dokončíte svoj vedecký výskum, navrhnete čipy, potom nájdete investora, vyrazíte čipy v Číne, vytvoríte softvér pre rôzne úlohy senzorovej siete a nakoniec vytvoríte hotové produkty – pre ministerstvo pre mimoriadne situácie, hasičov atď.?

─ Lisovanie vlastných komponentov je stále úlohou budúcnosti. Dnes je hlavnou vecou vývoj rôznych sieťových algoritmov, ktoré poskytujú riešenia rôznych technických problémov, vývoj protokolov výmeny údajov, rozhraní, distribuovaných systémov zberu údajov a výpočtov. Náš vývoj je použiteľný v akejkoľvek sieti schváleného štandardu, a preto im v prvej fáze dovoľte, aby v Číne všetko opečiatkovali, vytvorili siete po celom svete a nechajte siete používať náš interakčný softvér na vykonávanie pridelených úloh. Aj keď by bolo tiež pekné vydať kompletnú sadu z jedného zdroja a myslím si, že v budúcnosti k tomu prídeme.

─ A toto všetko sa plánuje urobiť v priebehu nasledujúcich dvoch až troch rokov?

─ Áno...máme plány len na pár rokov. Hlavná vec je, samozrejme, financovanie. Ale nestojíme na mieste... O náš projekt sa už aktívne zaujíma množstvo veľkých rizikových fondov, pretože technológia senzorových sietí je jedna z najsľubnejších komerčne, dalo by sa povedať, že celosvetová výkonnosť.

─ Odkiaľ máte zábery? Je ich nedostatok, pokiaľ som pochopil.

─ Vysokokvalifikovaný inžiniersky personál sa vždy hľadá ťažko, hľadáme v regiónoch – stále sú tam bystré hlavy a skutočné talenty. Dnes sa o tému senzorových sietí zaujíma viacero výskumných ústavov – budeme s nimi tiež pracovať.

─ Technologická základňa - v tomto laserovom výskumnom ústave?

─ Rátame s obojstranne výhodným partnerstvom s IPLIT RAS... Vývojár vedúci v ústave týmto smerom, vedúci oddelenia informačných technológií Igor Voronin, je zároveň technickým riaditeľom LINTECH. Ukazuje sa, že ide o veľmi produktívne partnerstvo. A s hlavnou kanceláriou pre rozvoj sa sťahujeme do Skolkova.

─ Hovoria, že je veľmi ťažké sa tam dostať. Aj úplatky treba...

─ Osobne neviem o možnosti dostať sa do Skolkova za peniaze. Sám sa za posledné 2 roky aktívne podieľal na 3 inovatívnych projektoch – všetci sú dnes rezidentmi nadácie. Jedna spoločnosť aktívne vyvíja softvér, ktorý umožňuje automaticky získavať hotové 3D modely z panoramatickej alebo sférickej fotografie. Mimochodom, navrhli sme aj použitie dotykových riešení na výraznú optimalizáciu tejto práce. Ďalšie projekty súvisia napríklad s technológiou nanášania farieb a lakov... Ukázalo sa, že aj toto je perspektívna téma. Smery sú úplne iné...

Môj názor je, že Skolkovo vytvorilo riadny expertný systém na komplexné posudzovanie jedinečných nápadov a vývoja. Ak sa vám podarilo jasne vyjadriť základné princípy vášho nápadu a vývoj zapadá do existujúceho rámca inovačného centra – to je všetko, získate štatút rezidenta a prácu.

─ Chcete povedať, že do Skolkova sa skutočne môže dostať každý ruský vývojár perspektívnej technológie, ktorý má jasnú stratégiu a pripravený tím na jej implementáciu?

─ Ak máte nápad, ktorý považujete za brilantný a jasne rozumiete všetkým krokom na jeho vývoj, realizáciu, zisk - príďte sa porozprávať... Beriem na seba takéto projekty - formalizujem nápad podľa medzinárodných štandardov, pracujem projekt z investičnej a obchodnej vízie a následne ho propagujem do technologických parkov, podnikateľských inkubátorov a investičných fondov. A to nemusí byť len Skolkovo. V súčasnosti existuje veľa interakčných úloh. Dokonca aj v rámci toho istého klastra niekedy niektorí vývojári nevedia, čo robia iní... a stáva sa, že sú ideálnymi partnermi, ktorí strácajú obrovský synergický potenciál.

─ Aké korupčné škandály boli v Skolkove? Povrávalo sa, že chcú celý projekt dokonca pochovať...?

─ To neovplyvnilo aktivity inovatívnych spoločností. Ako pracujeme, pracujeme aj naďalej. Máme dosť vlastných dojmov. A Skolkovo, napriek všetkej závistlivej pochlebovačke svojich neprajníkov, dnes dostalo druhý dych a pokračuje vo svojej usilovnej práci na kultivácii domáceho inovačného priemyslu...

Nová generácia smartdust zariadení (“smart dust”) otvorí možnosť bezdrôtového zberu dát v reálnom čase, čo povedie k zmene predstáv o inžinierskych systémoch, zdravotníctve a interakcii s prostredím. Ako sa takéto zariadenia objavili a čo v súčasnosti brzdí ich vývoj - v materiáli novinára Leonida Chernyaka, pripravenom špeciálne pre TAdviser.

Začiatkom 90. rokov 20. storočia boli spoločným úsilím americkej obrannej agentúry DARPA a Rand Corporation vytvorené prvé autonómne informačné zariadenia mote (mote, častice) veľkosti zápalkovej škatuľky. Pozostávali zo senzorov, ktoré merali určité indikátory prostredia, počítača, vysielača a napájacieho zariadenia (zo siete, batérií alebo solárnych článkov).

Tieto mote boli určené výlučne na vojenské a spravodajské účely, ale o 5 až 7 rokov neskôr sa v dôsledku „zmyslovej revolúcie“, ktorá vtedy začala, objavili podobné zariadenia na civilné použitie. Zároveň sa zrodil moderný názov technológie smartdust (inteligentný prach) a jeho jednotlivá zložka sa dodnes nazýva mote. Mote, ktorý sa vymkol kontrole špeciálnych služieb, bol koncipovaný na rôzne účely, napríklad na monitorovanie zložitých inžinierskych stavieb, predovšetkým mostov, degradujúcich počas prevádzky pod vplyvom vonkajších faktorov (zrážky, vietor, teplota, vibrácie, soľ , čo spôsobuje koróziu). Možno kvôli nedostatku takejto kontroly sa most v Janove v auguste 2018 zrútil. Ľadovce, lesy, sopky, oceán a všetko ostatné si vyžaduje neustály monitoring.

Experimentálne kópie mote zo začiatku roku 2000 vyzerali podobne ako zariadenie zobrazené na obrázku nižšie. Bol vyrobený na univerzite v Berkeley, akademickom centre nového hnutia. Lídrom smeru bol profesor Kirs Pister, známy svojou prácou v oblasti mikroelektromechanických zariadení a zakladateľ spoločnosti Dust Networks. Z nadšenia tvorcov a tradičnej ľavicovej radikálnej nálady Berkeley vznikol slogan: „Senzory celého sveta – spojte sa!“ Analytici sa o inováciu začali zaujímať a Gartner bez váhania umiestnil smartdust na štartovaciu pozíciu vo svojej hype krivke v roku 2003 s perspektívou implementácie o 10 rokov.

A bolo o čom premýšľať. Myšlienka inteligentného prachu je taká zrejmá, ako je ťažké ju realizovať. Nie je náhoda, že technológia smartdust sa na Gartnerovej krivke objavila najbližšie až v roku 2013. Od roku 2015 sa však každoročne umiestňuje na úplnom štarte s viac ako desaťročnou perspektívou dosiahnutia technologickej zrelosti. Hlavným dôvodom opätovného návratu na predchádzajúcu pozíciu zostala nedostatočná pripravenosť sieťových a komunikačných technológií.

Až donedávna zostali veľmi špecifické „prachové siete“ úplne pôvodné. Boli vytvorené izolovane od iných typov sietí, ale nie kvôli túžbe po originalite. Bolo to nevyhnutné opatrenie, keďže na trhu nebolo nič, čo by vyhovovalo ich požiadavkám.

Východiskovým bodom pre prístup k sieti mote je skutočnosť, že podľa definície je výkon vysielača každého jednotlivého zariadenia zanedbateľný. V dôsledku toho sme sa rozhodli vytvoriť sieť bezdrôtová technológia Multi-hop, ktorý je založený na reťazovom princípe, teda každý uzol slúži ako relé pre ostatné. Topológia s plnou sieťou zaručuje spoľahlivosť a odolnosť voči chybám. V rámci siete sa prenos dát uskutočňuje pomocou vlastného (proprietárneho) protokolu TSMP (Time Synchronized Mesh Protocol), ktorý vyvinula Dust Networks a následne je sieť pripojená k internetu cez bránu. Pre firmu s päťdesiatimi zamestnancami je to úspech.

V priebehu desaťročí a pol sa veľkosť mote zmenšila len na niekoľko kubických milimetrov a náklady klesli na 10 dolárov alebo menej. To však ešte nestačí na masovú distribúciu inteligentného prachu, pretože otázka komunikácie zostáva. Situácia sa môže zásadne zmeniť s príchodom technológií mobilnej komunikácie piatej generácie Bluetooth 5.0 a . V tomto prípade nie je potrebná hotelová sieť a každé mote je možné pripojiť priamo na internet.

Nová generácia smartdust otvorí možnosť bezdrôtového zberu dát v reálnom čase, čo povedie k zmene našich predstáv o inžinierskych systémoch, zdravotníctve a interakcii s prostredím. Miliardy, ak nie bilióny zariadení schopných prenosu údajov a interakcie spätnej väzby budú schopné na požiadanie prenášať širokú škálu dostupných fyzikálnych a chemických indikátorov životného prostredia. Zariadenia môžu byť napájané batériami a získavať energiu z okolia (vibrácie, svetlo). Môžu byť umiestnené na ktoromkoľvek z najviac neprístupných miest. Existuje dôvod domnievať sa, že smartdust ako všeobjímajúci fenomén nakoniec pohltí internet vecí (IoT), symbol štvrtej priemyselnej revolúcie.

Analogicky s WWW (World Wide Web) môžeme povedať, že pomocou smartdust sa svet mení na jediný Real World Web. Stále je ťažké si predstaviť život, v ktorom sú informácie neobmedzené, kde sa dozvieme všetko od triviálnej správy o potrebe výmeny zubnej kefky až po získanie spoľahlivých informácií o všetkých ostatných inžinierskych a prírodných objektoch.

Svet úplnej informačnej otvorenosti je však ohrozený efektom Veľkého brata, ktorý opísal James Orwell v románe „1984“. Na toto nebezpečenstvo sa zvyčajne spomína, keď sa o ňom hovorí v sociálnych sieťach a v mnohých ďalších prípadoch ľudí, ktorí prichádzajú do kontaktu s rôznymi formami ich sledovania. Preto jednou z hlavných úloh budúcich technológií smartdust bude zachovanie súkromného priestoru (privacy).

Po roku 2013 sa objavila stále skromná vlna startupov, ktorá pripravila pole pre svoju participáciu na smartdust. Väčšina z nich sa nedostala na systémovú úroveň Dust Networks, vydali sa inou cestou a stanovili si obmedzené ciele, aby ospravedlnili investíciu do nich. Napríklad Koto Air (Slovinsko), QwikSense (Holandsko), Wynd Technologies a Birdi (obaja) ponúkajú systémy na monitorovanie stavu atmosféry v domácnostiach, vzdelávacích inštitúciách a nemocniciach. American CivicSmart – manažment parkovania.

Je zrejmé, že tieto spoločnosti sa pripravujú na budúcnosť, riešia špecifické problémy, potajomky vyvíjajú senzory určené na prepojenie cez komunikačné kanály piatej generácie. Existujú však aj spoločnosti s vážnejšími cieľmi, medzi nimi Cubeworks (USA), ktorý vyrába subminiatúrne senzory a platformu Cubisens na zber informácií a ukladanie dát.

Senzor CubeWorks pozostáva zo štyroch komponentov umiestnených na jednom čipe:

• Procesor ARM Cortex M0 a 4 KB pamäť
• Nabíjačka
• Rádiový vysielač
• Senzor

Spotreba energie v pohotovostnom režime je 8 nW. Pri prenose sa zvyšuje, ale Nabíjačka, dodáva 10 nW na 1 štvorcový milimeter v podmienkach osvetlenia miestnosti, v kombinácii s batériou poskytujú neobmedzenú dobu prevádzky.

Smartdust venujú pozornosť aj veľkí predajcovia, predovšetkým IBM. Korporácia už tradične rozvíja tému pervasive computingu, ktorá má logicky blízko k smartdustu. Teraz sa však pravdepodobne obracia na smartdust.

Modrý gigant nerobí všetko rýchlo. Populárna múdrosť hovorí, že IBM začína rozvíjať trhový segment, len ak je viac ako miliarda. Zdá sa, že spoločnosť stále čaká, ale jasne na začiatku.

Kľúčovým bodom pre smartdust je lacný a výkonný procesor. Dá sa vyrobiť v sériovej výrobe, takže v rámci prípravy na budúcnosť spoločnosť na konferencii Think 2018 oznámila najmenší počítač na svete. Jeho veľkosť je 1 štvorcový. mm. Napriek svojej miniatúrnej veľkosti je výkonovo porovnateľný s Intel 8086. A v tomto štvorcovom milimetri sa okrem procesora a pamäte nachádza fotobunka, ktorá napája zariadenie a vstavaný pár fotodióda/fotodetektor, ktorý zabezpečuje optickú komunikáciu s vonkajším svetom. Náklady na zariadenie v hromadnej výrobe sú menej ako 10 centov.

Čo je inteligentný prach? Video.

Nástupcovia tohto počítača, ale podporujúci komunikáciu cez rádiový kanál, sa môžu stať základom pre budúce smartdust zariadenia. Dovtedy môže samostatný počítač s optickou komunikáciou fungovať ako štítok na certifikáciu pravosti produktu. Nie je možné ho predstierať a čítanie údajov pomocou smartfónu nič nestojí. Hromadná výroba tohto druhu štítkov bude v dohľadnej budúcnosti základom pre smartdust.

Koncept inteligentného prachu predstavil Christopher Pister z Kalifornskej univerzity v Berkeley v roku 2001.

Pojem „inteligentný prach“, ktorý nie je úplne známy špičkovým technológiám, sa vzťahuje na miniatúrne senzory, ktoré majú výpočtové schopnosti a bezdrôtová komunikácia, ako aj pamäť na ukladanie dát a citlivé prvky na meranie parametrov prostredia.
Smart Dust je ideálny na organizáciu bezdrôtových sietí, v ktorých uzly medzi sebou komunikujú podľa potreby. Takáto sieť má distribuované výpočtové možnosti a s jej veľkosťou sa zvyšuje aj šírka pásma siete. Senzorové siete zahŕňajú okrem samotných senzorov aj množstvo „brán“. Tie sú potrebné na zhromažďovanie, spracovanie a posielanie informácií zo senzorov okolo nich. V prvej fáze vývoja konceptu „inteligentného prachu“ sa tvorcovia snímačov usilovne snažili zmenšiť ich veľkosť. Skúsenosti s ich implementáciou však ukázali, že miniaturizácia nie je v priemysle vždy vítaná. Preto sú prvé vzorky „inteligentného prachu“ vytvorené spoločnosťou Intel Corporation dosky s rozmermi 3 x 3 cm.
Ďalšou aplikáciou nových senzorov, ktorá už bola implementovaná, je monitorovanie vodovodných systémov. Snímače sa inštalujú na vodovodné potrubie a signalizujú chvenie potrubia a vlhkosť prostredia do špeciálnej brány umiestnenej niekde na svietidle alebo na dome v dosahu bezdrôtovej komunikácie snímačov. Senzory sú napájané batériami a brány sú napájané zo siete. V Bostone sa takáto sieť už úspešne prevádzkuje.

V súčasnosti sa vytvára druhá generácia „inteligentných prachových“ senzorov. Sú založené na 32-bitovom procesore XScale a na kompresiu informácií, ako aj na zaistenie bezpečnosti sa používa špeciálny procesor. Rozmery nových snímačov sú takmer dvakrát menšie ako u predchádzajúcej generácie. Nové snímače majú veľkú pamäť RAM a FLASH a môžu pracovať na základe operačný systém Linux. Okrem toho disponujú možnosťami vysokorýchlostného vstupu informácií, napríklad z videokamier.

Samostatnou oblasťou výskumu je otázka zásobovania energiou. Existujú napríklad projekty na napájanie senzorov zo solárnych panelov s rozmermi 10x10 cm, skúmajú sa možnosti premeny vibrácií mechanizmov na elektrinu. S pomocou senzorov novej generácie plánujú implementovať svoju myšlienku „proaktívneho alebo predvídavého počítania“.
Doteraz počítače robili len to, čo im ľudia prikázali. Ale v budúcnosti budú naše počítače samy predvídať naše potreby a nezávisle konať v našich záujmoch. Počítač zanalyzuje aktuálnu situáciu, urobí proaktívne výpočty a ponúkne nám určité možnosti ďalšie akcie a v niektorých prípadoch bude dokonca konať sám, čím nás zbaví nutnosti vykonávať rutinné postupy.

Senzorové siete pozostávajúce z mnohých nezávislých miniatúrnych autonómnych zariadení s bezdrôtovými komunikačnými schopnosťami sa budú môcť samoorganizovať v sieti a interagovať medzi sebou a s „centrom“, pričom budú mať pôsobivú mieru spoľahlivosti.

Inteligentný prach na vojnu

Koncept „inteligentného prachu“ bol vypožičaný z príbehu Stanislawa Lema „Neporaziteľný“ a donedávna bol považovaný za vec vzdialenej budúcnosti. Je založený na myšlienke mikrorobota - mechanizmu, ktorého veľkosť sa meria v milimetroch alebo dokonca mikrónoch. Jediný mikrorobot, ako jediný mravec, nie je prakticky schopný ničoho. Mnohé z nich, zhromaždené na jednom mieste, sa však stávajú ako rodina miliárd tropických mravcov, ktorí ničia všetko živé, čo im stojí v ceste.

Jeden z možné spôsoby Jeho aplikácia, ktorá bola vynájdená americkou armádou, je poraziť nepriateľské tanky: oblak mikrorobotov nesúcich náboj obklopí obrnené vozidlo a exploduje. Alebo fyzické ničenie nepriateľských síl pomocou mikrovýbušnín. Po zhodení z lietadla (samozrejme bez posádky) sám oblak automaticky vyhľadá ciele, rozdelí sa na zhluky veľkosti potrebnej na ich zničenie, prilepí sa okolo nich, prenikne do nechránených miest a súčasne sa odpáli. Výsledná objemová explózia spáli systémy riadenia zariadení a devastuje najchránenejšie bombové kryty s maximálnou účinnosťou nedostupné pre konvenčné zbrane.

Mierovejšie aplikácie, ako je prieskum a špionáž, vyžadujú oveľa zložitejšie softvérové ​​algoritmy a schopnosť používať sofistikované sledovacie a komunikačné zariadenia. Preto sa podľa odborníkov stane realizovateľným pomocou inteligentného prachu najskôr v rokoch 2014-2017. Akčný scenár tu bude nasledovný. Oblak rozptýlený v blízkosti dôležitého objektu sa k nemu nepozorovane pohybuje a súčasne si vyberá optimálne miesta na umiestnenie špecializovaných podoblakov. Video monitorovací oblak, ktorého každé zrnko prachu predstavuje samostatný pixel matice s komunikačným rozhraním so svojimi susedmi, sa snaží zaujať lepšiu pozíciu pre väčší prehľad o priestore. Chyby (alebo možno „midges“) vytvárajú kontrolu nad zvukmi. Najťažšia časť, prenos informácií do centrály spravodajských služieb, pravdepodobne nebude v blízkej budúcnosti možný bez vyslania agenta so zariadením, ktoré ich číta, ako v moderných systémoch RFID.

A čo v Rusku?

V apríli 2007 informoval vedúci nanocentra Moskovského energetického inštitútu Andrej Aleksenko o pokračujúcom vývoji nanozbraní v Rusku. Hlavnou výhodou tejto zbrane je podľa neho to, že „proti nej neexistuje žiadna iná ochrana okrem nanoochrany“. Neobjasnil podstatu práce ruských vedcov na ňom s odvolaním sa na utajenie vývoja.
Na zabezpečenie národnej bezpečnosti musí Rusko vyvinúť nanotechnológie s dvojakým použitím. Podľa jeho názoru takýto vývoj pomôže pri ochrane hraníc, ako aj ochrane pred katastrofami spôsobenými človekom. Napokon, takzvaný „inteligentný prach“ je úplným prieskumom územia, čo je však možné len s rozvojom modernej mikro- a nanoelektroniky.

Na druhej strane Putin, ešte ako prezident, v roku 2007 poveril prvého podpredsedu vlády Sergeja Ivanova, aby dohliadal na správne vynakladanie verejných prostriedkov vyčlenených na rozvoj nanopriemyslu. "Toto je oblasť činnosti, na ktorú štát nebude šetriť žiadne výdavky," povedal prezident na stretnutí vo vedeckom centre Kurchatovho inštitútu.

Putin potom zdôraznil, že štát na tieto účely „poskytuje veľa peňazí“ a „treba ich investovať, aby sa využívali efektívne a prinášali výnosy“. „Je tiež veľmi dôležité poznať ciele,“ poznamenal Putin a potom ich sám vymenoval: „Nanotechnológia bude určite kľúčovým odvetvím pre vytvorenie ultramoderných a ultraúčinných útočných aj obranných zbraní, ako aj komunikácie.”

V Británii bolo 50 zariadení spojených do roja.

Britskí vedci nedávno predstavili svoj vývoj v tejto oblasti. Ich vedecký záujem sa sústredil na štúdium iných planét: „inteligentné“ zariadenia veľkosti zrnka piesku, ktoré budú lietať vo vetre, môžu pomôcť najmä pri štúdiu Marsu.
Takýmito zariadeniami bude počítačový mikročip pokrytý plastovou škrupinou, ktorý bude môcť pri pôsobení elektrického impulzu meniť svoj tvar a pohybovať sa tak smerom, ktorý určí operátor. Elektrónový „prach“ by sa dal umiestniť do nosa vesmírnych sond a vypustiť do atmosféry iných planét, kam by ho zaniesol vietor.

Odborníci z University of Glasgow v Škótsku prezentovali výsledky vývoja v tejto oblasti svojim kolegom na stretnutí Národnej asociácie astronómov. Dr John Barker, profesor z Centra pre výskum nanoelektroniky v Glasgowe, hovorí, že pomocou bezdrôtových sietí by sa takéto mikrozariadenia s polomerom milimetra dali v prípade potreby sformovať do rojov. Podľa Barkera dnes existujú čipy a zariadenia vhodnej veľkosti.

Ak používate určité nabíjačka Ak polymérovú škrupinu takéhoto zariadenia „pokrčíte“, smietka prachu stúpne vyššie a ak ju vyrovnáte, klesne. A bezdrôtové siete umožnia, aby sa mikrozariadenia spojili do „kŕdľov“ a vytvorili Dr. Barker a jeho kolegovia matematický model tento proces.

„Videli sme, že väčšina častíc dokáže ‚hovoriť‘ iba so svojimi najbližšími susedmi, ale keď ich je veľa, dokážu komunikovať na oveľa väčšie vzdialenosti,“ vysvetlil škótsky vedec. "Počas simulácie sme dosiahli integráciu 50 zariadení do jedného roja - a podarilo sa nám to aj napriek silnému vetru."

Vedci už preukázali schopnosti „inteligentného prachu“, do ktorého sa – v objeme niekoľkých kubických centimetrov – zmestia senzory, zdroje energie, digitálne komunikačné zariadenia a sieťové bunky. Ak sa však použijú na skúmanie iných planét, budú potrebovať senzory a súčasné chemické senzory sú príliš veľké na to, aby sa zmestili do letiaceho elektrónového „zrnka piesku“. Výskumníci však dúfajú, že v najbližších desaťročiach sa objavia oveľa menšie senzory.

V apríli 2007 John Barker skúmal možnosť skúmania povrchu Marsu pomocou rôznych miniatúrnych bezdrôtových senzorov, „inteligentného prachu“, ktoré sa môžu pohybovať po povrchu z jedného bodu do druhého a meniť jeho tvar. Doktor Barker vyvinul počítačový model, pomocou ktorého sledoval pohyb 30-tisíc miniatúrnych senzorov na povrchu Marsu. Každé zariadenie v modeli mohlo určiť svoju polohu a tiež zmeniť svoj tvar, čím sa hladký povrch zmenil na nerovný a naopak. Senzory s hladkým tvarom sa dajú ľahko zachytiť a uniesť marťanským vetrom a keď nadobudnú nerovnomerný tvar, vplyvom zvýšenia odolnosti prostredia opäť padnú na povrch Marsu. Zmenou tvaru zariadení teda možno ovládať ich pohyb. Výsledky výpočtov ukázali, že približne 70 % senzorov bude schopných úspešne prejsť danú trasu v dĺžke 20 km.

Medziplanetárny výskum medzitým nie je ani zďaleka jedinou oblasťou použitia inteligentného prachu. Iné by mohli zahŕňať používanie mikrozariadení na zhromažďovanie informácií o bojisku alebo ich vkladanie do cementu na monitorovanie „zdravia“ mostov, budov a iných štruktúr zvnútra.

Ruské riešenie.

Roboty však môžu mať aj pokojné úlohy, napríklad skúmať blízkozemský priestor pomocou kŕdľov mikrosatelitov. To vyvoláva zložitý problém: ako súčasne ovládať viacero mechanizmov. Predstavme si, že z jedného centra treba ovládať desaťtisíce robotov. Mal by tam byť výkonný superpočítač schopný sledovať polohu každého robota a dávať mu pokyny. Vyžaduje si to obrovské množstvo času a navyše je to veľmi nebezpečné: riadiace centrum môže zlyhať. Je oveľa jednoduchšie umožniť každému robotovi prijať nezávislé rozhodnutia a koordinovať svoje kroky s krokmi svojich susedov.

Akčný algoritmus, ktorý v roku 2003 vymysleli ruskí výskumníci z Inštitútu rádiového inžinierstva Taganrog, je nasledujúci. Po prvé, roboty tvoria jeden oblak. Sú mu oznámené súradnice cieľov. Každý robot, ktorý pozná svoje súradnice a súradnice cieľov, vyberie najbližší cieľ a rozhodne sa, či sa k nemu pohne. K tomu zisťuje, koľko roboty už k tomuto cieľu zamierilo. Ak je ich počet dostatočný, začne hľadať ďalší cieľ alebo zostáva v zálohe. Ak nie, rozhodne sa zaútočiť a upozorní na to susedov. Oblak sa teda veľmi rýchlo rozpadá na fragmenty, zhluky, ktoré sa pohybujú smerom k svojim cieľom.

Proces klastrovania sa musí pravidelne obnovovať. Je to potrebné na zohľadnenie zmien v prevádzkovom prostredí. Ak napríklad z hry vypadne robot, cloud by o tom mal vedieť a rýchlo ho nahradiť záložným. Rovnakým spôsobom musíte počítať so zmenami v súradniciach cieľa – môže sa príliš vzdialiť od niektorých robotov v klastri. To znamená, že k nemu bude potrebné priviesť ďalšie sily.

Počítačové simulácie ukázali, že navrhovaný prístup je veľmi efektívny a rozhodovací algoritmus pre mikroroboty je taký jednoduchý, že ho možno ľahko implementovať do malých elektronických mozgov týchto miniatúrnych tvorov. Celý postup sa navyše ukazuje ako mimoriadne flexibilný, schopný rýchlo zohľadniť stratu mikrorobotov aj zmeny v správaní cieľov.

Spojené štáty už aktívne testujú „inteligentný prach“.

Vývoj takzvaného „inteligentného prachu“ prebieha aj v Spojených štátoch. V roku 2002 Hans Mulder, riaditeľ výskumu Intel na Kalifornskej univerzite v Berkeley, povedal, že ide o „mikroskopické senzorové zariadenia s vlastným napájaním s možnosťou bezdrôtovej komunikácie“. Zariadenia podľa neho už existujú a navyše sa testujú.

V budúcnosti budú tisíce týchto lacných bezdrôtových senzorov umiestnených na rôznych miestach v priebehu niekoľkých rokov samostatne zosieťované a napájané vstavanými zdrojmi energie. Medzitým môžu senzorové siete pozostávať len z niekoľkých stoviek „kúskov prachu“, pretože tieto zariadenia sú príliš drahé a ich prevádzková doba je len niekoľko dní. Podľa Muldera sú hlavnou prekážkou širokého prijatia senzorových sietí vysoké náklady na napájacie zdroje, ktoré stoja približne 150 dolárov.

Americká armáda plánuje minúť miliardy dolárov na implementáciu inteligentného prachu. Veria, že to stojí za to – „inteligentný prach“ pozostávajúci z nanorobotov spadnutých na nepriateľské územie môže nepriateľovi spôsobiť veľké škody. Roboty budú reprodukovať svoj vlastný druh zo šrotu a špióna, prenášať informácie do hlavného počítača a na príkaz z centra prejdú do útoku: preniknú do tiel nepriateľských vojakov (zabijú ich alebo ich jednoducho znehybnia), zastavia sa akýkoľvek motor, presmerujte akýkoľvek signál alebo jednoducho explodujte a zničte vybavenie a ľudskú silu na rozsiahlom území. Mulder povedal, že americkí vedci vyvinuli niekoľko senzorových sietí založených na princípe „inteligentného prachu“. Jedna sieť sa testuje v boji v Afganistane, kde americká armáda rozmiestnila niekoľko tisíc senzorov na sledovanie pohybu vojenskej techniky. Iná sieť sa používa na ostrove Wild Duck Island v Maine, kde ju vedci využívajú na štúdium migrácie chrapkáčov, a ďalšia je súčasťou systému simulátora zemetrasenia v Berkeley.

"Smart Dust" je už v predaji

Spoločnosť Dust Networks, ktorej technickým riaditeľom je Kristopher Pister, jeden z priekopníkov konceptu „smart dust“ – distribuovaných sietí ultra malých zariadení, ktoré podporujú bezdrôtovú výmenu dát – uviedla na trh svoj prvý produkt. Prvá inteligentná súprava na testovanie prachu s názvom SmartMesh pozostáva z 12 miniatúrnych zariadení nazývaných „motes“. Cena celej zostavy vrátane samotných zariadení a softvéru je 4 950 tisíc dolárov.

Zariadenia sú prepojené bezdrôtové linky prenosy a dokáže prenášať dáta zo senzorov, ktoré sledujú teplotu, rýchlosť vetra, vlhkosť či iné parametre. Sú to v podstate bezdrôtové smerovače napájané z batérie. S ich pomocou môžete vytvárať napríklad riadiace systémy výrobné procesy alebo bezpečnostné systémy. Rýchlosť výmeny dát „zrniek prachu“ je relatívne nízka, čo umožňuje nízku spotrebu energie a energiu z autonómnych zdrojov. To zase môže výrazne znížiť náklady na operačné systémy, ktoré sú na nich založené, pretože nie sú potrebné rozvody napájacích sietí a tiež poskytuje bezprecedentnú flexibilitu systému.
SmartMesh je „vrstva“, ktorá vám umožňuje organizovať výmenu údajov medzi dvoma ďalšími „vrstvami“ – senzormi na jednej strane a informačný systém, v rámci ktorej pôsobia, na strane druhej. Každá "zrnka prachu" predstavuje uzol bezdrôtová sieť výmena dát s mimoriadne nízkou spotrebou energie. Dáta sa prenášajú z uzla do uzla, podobne ako sa prenášajú pakety na internete – okrem toho, že systém smart dust používa iný protokol prenosu dát namiesto TCP/IP, ktorý sa stal de facto priemyselným štandardom. Ďalším rozdielom je, že bola vyvinutá technológia, ktorá umožňuje, aby boli zariadenia väčšinu času vypnuté. "Ak necháte rádio stále zapnuté," rozumne poznamenáva Chris Pister, "batérie vydržia len niekoľko týždňov." Nová technológia umožnila dosiahnuť ohromujúci výsledok – jediný „štipček prachu“ na AA batériách vydrží tri roky bez ich výmeny. softvér Business 2.0, dodávaný s motes, im umožňuje organizovať sieť sami a zabezpečiť tak nízku spotrebu energie.

Podľa autorov vývoja, ako sa pojem „smart dust“ čoraz viac rozširuje, výrobcovia začnú doslova každý detail, zariadenie a každú miestnosť vybavovať senzormi, čím sa otvoria možnosti monitorovania a správy širokej škály technologických procesov alebo napríklad spotreba energie v reálnom čase. To umožní najmä zvýšiť efektivitu výroby, vytvoriť spoľahlivejšie bezpečnostné systémy (vybaviť celý chránený perimeter snímačmi vibrácií) a zlepšiť produktivitu poľa (umiestnením snímačov vlhkosti a kyslosti do pôdy každej rastliny).
Uvedenie myšlienky „inteligentného prachu“ do života si vyžadovalo značné investície. Dust Networks získala na svoj rozvoj celkovo viac ako 7 miliónov dolárov od spoločností ako Foundation Capital, Institutional Venture Partners. Jednou z nich bola In-Q-Tel, spoločnosť rizikového kapitálu financovaná CIA. Spoločnosť Dust Networks zatiaľ neposkytla údaje o tom, koľko budú zákazníkov stáť veľké priemyselné siete „smart dust“.

Blízka budúcnosť.

Vo všeobecnosti existuje veľké množstvo scenárov, v ktorých by sa dali racionálne využiť senzorové siete: od monitorovania stavu viniča (vlhkosť, teplota, zrelosť, výskyt škodlivého hmyzu) až po plnohodnotný bezpečnostný systém, ktorý dokáže ovládať doslova všetko: od prítomnosti narušiteľov v kontrolovanom pásme až po monitorovanie atmosféry na radiáciu a toxické látky. V ideálnom prípade bude v budúcnosti všetko vybavené senzormi – od mestských budov a áut až po ľudské telo.

Americkí fyzici zistili, že nanorúrka rezonuje s rádiovým poľom. Na základe toho postavili prijímač, ktorý dokáže prijímať signály zvonku na frekvencii asi 300 – 400 megahertzov, to znamená, že rádiový dosah elektrónky sa dá nastaviť. Rúrka slúži ako anténa aj prijímač. Ďalšou výzvou pre senzorové siete v budúcnosti je ich implementácia v mikro- a nanoúrovni. Do ľudského tela, do budovy, do konštrukcie atď. O desať rokov vstúpi nanotechnológia s nanotransmitermi do nášho každodenného života.

← Starší príspevok

„Thinking trstina“ je slávna fráza, ktorá charakterizuje celkový duševný potenciál ľudstva a ktorú sformuloval slávny francúzsky filozof, prírodovedec a spisovateľ Blaise Pascal. Dnes sa zdá, že americkí vedci prišli s novou, podobnou definíciou kolektívnej umelej inteligencie – „inteligentný prach“!

Všimnite si, že samotný koncept „inteligentného prachu“ je smartdust zaviedol do vedeckého použitia americký vedec Christopher Pister z Kalifornskej univerzity v roku 2001. Avšak ešte predtým, konkrétne v roku 1992, vznikol v USA pod záštitou DARPA Microsystems Technology Bureau (MTO), ktorého účelom bolo vytvoriť kompaktné mikroelektronické a fotonické zariadenia, akými sú napríklad mikroprocesory, napr. ako aj rôzne druhy mikroelektromechanických systémov Práce prebiehali veľmi aktívne, výsledkom čoho bol v tých istých 90. rokoch v Národnom laboratóriu Sandia vytvorený model robota MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle) s objemom len asi jeden kubický palec.

Ďalej, ako sa hovorí - viac a už v roku 2000 sa jeho veľkosť zmenšila štyrikrát! Navyše napriek svojej veľkosti má „stroj“ procesor s 8 KB pamäťou, teplotný senzor, mikrofón, videokameru a chemický senzor. V budúcnosti sa plánovalo vybaviť tohto robota bezdrôtovou komunikáciou, aby sa niekoľko týchto mikrorobotov mohlo spojiť a vyriešiť nejaký spoločný problém.

No, je to potrebné napríklad na to, aby sa (ako predpokladá americká armáda) zabalil povedzme tank vo forme oblaku, potom prenikol cez trhliny a netesnosti vo vnútri vozidla a potom na povel explodoval! Pridaním takýchto mikrosenzorov do laku používaného na lietadlách budeme môcť získať informácie o stave jeho povrchov. A ak sú natreté v interiéri, budú schopné signalizovať požiar, dym a dokonca aj nadmernú hladinu oxidu uhličitého. Takáto farba bude samozrejme výrazne drahšia ako zvyčajne, takže jej použitie v obytných priestoroch nie je veľmi blízka budúcnosť, ale na jadrových ponorkách a elektrárňach sa dá použiť doslova zajtra - je to len otázka „malých vecí“ - vytvárať takéto mikrozariadenia a poskytovať im energiu. Mimochodom, vzorka merajúca jeden kubický milimeter, vybavená snímačom teploty, pohybu a vysielačom rádiového signálu, už existuje. Čo je jeden milimeter?!

Je lákavé, hovorí Joshua Smith, riaditeľ laboratória senzorických systémov na Washingtonskej univerzite v Seattli, pokryť všetko okolo takýmito senzormi a dať im pokyn, aby sledovali javy a objekty, ktoré nás zaujímajú. Tu však nastáva problém ich zásobovania energiou. Aj na tomto probléme však dnes pracujú, a to hneď vo viacerých smeroch. Mohli by to byť malé solárne panely umiestnené priamo na „zadnej strane“ týchto malých robotov alebo termoelektrické generátory, ktoré premieňajú teplo na elektrický prúd.

Práca na „inteligentnom prachu“ prebieha nielen v zahraničí, ale aj v Rusku. Najmä vedci zo Štátneho inštitútu rádiového inžinierstva Taganrog vytvorili matematický model, ktorý v zásade umožňuje pochopiť, ako ovládať mraky takýchto mikrorobotov a ako by mali všetci postupovať spoločne, aby splnili úlohu. Spočiatku tvoria jednu hmotu, ktorá dostáva úlohu od riadiaceho počítača. Každý robot pri určovaní svojich súradníc a súradníc cieľa v prvom rade zistí, koľko robotov je k nemu najbližšie a či ich je dosť na splnenie úlohy. Ak „áno“, hľadá iný cieľ, ak „nie“, ponáhľa sa k objektu. Vznikajú tak skupiny robotov, z ktorých každý bude plniť svoju úlohu.

Krásne riešenie, iste, ale, ako sa to vo vede často stáva, vedie k úplne inému problému. Faktom je, že prepojenie týchto mikromotov s riadiacim centrom a medzi sebou si vyžiada enormnú spotrebu energie. Zdá sa však, že riešenie už bolo nájdené, a to Dr. John Baiker z Centra pre nanoelektroniku v Glasgowe. Podľa jeho názoru sa informácie z jedného robota na druhého môžu prenášať po reťazci, čo výrazne zníži náklady na energiu.

Predstavte si svet, kde bezdrôtové zariadenia veľkosti kryštálu soli. Tieto „midgets“ sú vybavené autonómnym napájaním a výpočtovým výkonom. Okrem toho sú tu kamery a mechanizmy na bezdrôtový prenos dát. Takéto mikroelektromechanické systémy (MEMS) sa nazývajú inteligentný prach. A čoskoro sa môžu „rozšíriť“ v susedstve. Poďme zistiť, čo to je a kde sa používajú „škvrnky prachu“.

Čo dokáže inteligentný prach?

MEMS sú vybavené malými senzormi, ktoré dokážu snímať všetko od kolísania svetla až po teplotné vibrácie. Vďaka svojej miniatúrnej veľkosti môžu zariadenia zostať zavesené v priestore ako prachové častice. Môžu:

• zhromažďovať obrovské množstvo údajov vrátane zrýchlenia, napätia, tlaku, vlhkosti, zvuku a ďalších;
• to všetko spracovať pomocou vstavaného počítača;
• ukladanie údajov do pamäte;
• prenášať informácie bezdrôtovo do oblaku, základne alebo iných „kúskov prachu“.

3D tlač v mikroskope

Tlač prachových komponentov na komerčne dostupnej 3D tlačiarni sprístupní technológiu. Predtým sme podrobne skúmali využitie technológií v rôznych oblastiach ľudského života.

Optické šošovky miniatúrnych snímačov vám umožnia získať snímky v ultra vysokej kvalite. Teraz si to už ani nevieme predstaviť.

Praktická aplikácia inteligentného prachu

Potenciál inteligentného prachu zbierať informácie o životnom prostredí do neuveriteľných detailov ovplyvní veľa vecí. Je to ako technológia internetu vecí (IoT) vynásobená miliardami. Tu je len niekoľko príkladov praktické uplatnenie inteligentný prach.

• Starostlivo sledujte plodiny, aby ste určili potrebu zavlažovania, hnojenia a kontroly hmyzu.
• Monitorovacie zariadenie s cieľom včasného servisu.
• Identifikujte nedostatky a koróziu pred zlyhaním systému.
• Monitorovanie ľudí a výrobkov z bezpečnostných dôvodov.
• Meranie všetkého, čo sa dá zmerať. A takmer všade.
• Kontrola dodávky produktov od výrobcu do predajne vrátane dopravy akýmikoľvek prostriedkami.
• Aplikácia v medicíne: diagnostika bez operácie. A tiež ovládanie zariadení, ktoré pomáhajú ľuďom s postihnutím komunikovať s nástrojmi, ktoré im pomáhajú žiť nezávisle.
• Vedci z Kalifornskej univerzity v Berkeley publikovali článok o potenciáli inteligentného prachu. Ak je implantovaný tak, že „pokropí“ mozog, potom môžete získať spätná väzba o jeho funkčnosti.

Prečo je inteligentný prach nebezpečný?

Stále existujú problémy, ktoré bránia širokému využívaniu inteligentného prachu. Tu je niekoľko z nich.

Dôvernosť

Odborníci sú znepokojení otázkami ochrany osobných údajov MEMS. Inteligentné zariadenia môžu nahrávať čokoľvek, na čo sú naprogramované. Vzhľadom na ich miniatúrnu veľkosť je ťažké ich odhaliť. A tu môžete zapnúť fantáziu na tému: čo ak sa inteligentný prach dostane do nesprávnych rúk...

Kontrola

Miliardy inteligentných prachových častíc sa ľahko rozptýlia po zvolenej oblasti. A dať ich dokopy v prípade potreby nie je ľahká úloha.

Vzhľadom na ich veľkosť je ťažké odhaliť prachové častice. A všetky častice sú z „prášku“ - a ešte viac. Okrem toho aj malý počet „nezistených prvkov“ bude naďalej unikať informácie.

cena

Toto je nová technológia. Preto sú náklady na jeho realizáciu veľmi vysoké. Kým náklady neklesnú, inteligentný prach bude pre mnohých mimo dosahu.

Inteligentný prach zničí svet?

Technológia MEMS môže narušiť hospodárstvo a svet ako celok. Myslia si to tí, ktorí ho od roku 1992 vyvíjajú. Podporuje sa rovnaká myšlienka veľké spoločnosti ktorí investovali do výskumu. Medzi nimi General Electric, Cargill, IBM, Cisco Systems.

Preto je dôležité odstrániť všetky „nebezpečné“ momenty a nie všade „roznášať“ inteligentný prach.