Smart Dust: damm är redan smart nog att hjälpa en person. Vad är smart damm och hur dess spridning förändrar världen omkring oss Smart dust

IPLIT RAS och Laboratory of Intellectual Research "LINTECH" utvecklas distribuerad teknik sensornätverk (RSS). Generaldirektören för LINTECH LLC talar om hur realistiskt det är för vårt land att göra ett aldrig tidigare skådat steg i utvecklingen av RCC-industrin. Jurij Aurenius.

Tyvärr finns det strategiskt viktiga sektorer av tekniska framsteg där Ryssland under perestrojkans perioder, 90-talets kaos och upprättandet av politisk stabilitet i början av 2000-talet föll hopplöst bakom västvärlden och den snabbt växande potentialen av de asiatiska tigrarna.

Bland sådana vetenskapsområden finns mikroelektronik, teknisk kybernetik, robotik och många andra områden som ligger till grund för övergången av ländernas ekonomier till 5:e tekniska ordningens industri. Särskilt anmärkningsvärt är utvecklingen av telekommunikations- och kommunikationsteknik, på vilken effektiviteten i förvaltningen och kvaliteten på kontrollen över de viktigaste produktionsanläggningarna, såväl som hela komplexet av så kallade produktionsanläggningar, är mest beroende av. Nationalekonomi.

Det är värt att erkänna det Wi-Fi-standarder och Bluetooth, som vi uppfattar som avancerat och mest effektiva medel kommunikation är långt ifrån den mest moderna och pålitliga. Fler och fler introduceras i masspraktisk användning runt om i världen. distribuerade sensornätverk (DSN), redo att arbeta som "smart damm" - organisera dig självständigt i ett enda intelligent nätverk och kontrollera lägenheter, bostadshus, hela städer och till och med kontinenter baserat på tusentals målparametrar.

De är tiotals gånger mer tillförlitliga än befintliga trådlösa nätverk och tillåter skapandet av system för att automatiskt lösa ett stort antal viktiga uppgifter med praktiskt taget ingen mänsklig inblandning. Det finns fortfarande chanser idag att fylla denna tekniska lucka och driva Ryssland in i den sista vagnen av det avgående tåget av avancerade innovationer inom området trådlös telekommunikation.

Det mest lovande projektet för utveckling av inhemska chips av ZigBee-standarden och programvara för deras aktiva tillämpning inom olika områden kan kallas teamet av Institute of Laser och informationsteknik RAS (Shatura) och Laboratory of Intellectual Research "LINTECH". Generaldirektören för LINTECH LLC talar om hur realistiskt det är för vårt land att göra ett aldrig tidigare skådat steg i utvecklingen av RCC-industrin. Jurij Aurenius.

─ Yuri, berätta för oss, som de säger på fingrarna, vad är egenheten med denna teknik? Sensornätverk låter lite sci-fi...

─ Det skulle vara bättre om vår tekniska direktör Igor Voronin berättade att han är en av de ledande experterna i Ryssland inom RCC-området. Sensornätverk har många funktioner och fördelar. Det finns kanske två huvudsakliga sådana: slumpmässigt placerade sensornätverksmoduler organiserar sig omedelbart oberoende i ett enda nätverk. Och det andra är att Wi-Fi och Bluetooth är byggda med hjälp av "stjärna" -teknik - det är när en punkt distribueras till alla nätverksinställningar och andra "barn"-enheter är anslutna till den, och ett nätverk enligt ZigBee-standarden kan bli ett blandat nätverk, som i sig bildar en struktur med slumpmässiga anslutningar. Sensornätverket är MESH. Visuellt representerar den inte en stjärna (”point-multipoint”), utan ett fiskenät – d.v.s. varje element i ett sådant nätverk interagerar med många närliggande element och bildar den nödvändiga anslutningen. Detta säkerställer betydligt större tillförlitlighet för dataöverföring. Ju fler deltagare det är, desto större tillförlitlighet är dataöverföringen. Nätverket kan förlora upp till 40 % av aktiva enheter, samtidigt som dess grundläggande funktionalitet bibehålls. Tillämpningsområdet är praktiskt taget obegränsat - från vanliga hushållsapparater till seriösa övervaknings- och livsuppehållande system.

Men att ansluta moduler av samma standard till ett nätverk är inte den svåraste uppgiften. Detta sker automatiskt. Men sedan har varje sådant nätverk olika krav - vissa behöver ofta överföra data från punkter till centrum, andra - en gång i timmen, andra är garanterade att överföra data med en given varaktighet, och ytterligare andra kan ha uppgiften att slå på en gång ett år under en brand och överför data, och "sov" resten av tiden - det bör finnas maximal nätverksprestanda utan att byta batterier. Olika problem löses av olika nätverkskrav. Detta ger upphov till olika protokoll och algoritmer för interaktion mellan nätverkskomponenter - hur man samtidigt "vaknar" för alla sensorer, överför information och sedan somnar igen, för att inte slösa dyrbar energi i det här fallet. Eller tvärtom, enligt vilket schema de behöver slå på och gå i vila för att vara garanterade att samla in och överföra data till den centrala datainsamlings- och bearbetningsnoden.

Nätverket består av noder - den sk. slösare Varje nod är en mjuk- och hårdvaruenhet, som är en transceiver, ett huvudchip (mikroprocessor) som behandlar kommandon, en modern autonom strömförsörjning och någon form av sensor. Om du inte vet är en sensor, på ryska, en sensor. Flera olika sensorer kan anslutas till varje sådan mote. Ju fler sensorer vi kopplar till en nod, desto fler olika parametrar kan vi mäta, men samtidigt ökar batteriförbrukningen. Sensorer är vanligtvis standard. Dessa är mätningar av temperatur, tryck, luftfuktighet, belysning, vibrationer, buller, position i rymden (lutningsmätare), antal varv (kodare), strålning, kolmonoxid (CO/CH). Utöver sensorer kan även styrda ställdon installeras. Sedan börjar varje nätverksnod att fungera som " smart hus- samlar in nödvändig information och överför den för bearbetning, tar sedan emot en styrsignal "från centrum" och skickar den till ställdonet för bearbetning. Och inga kablar eller tvivel om systemets tillförlitlighet.

Sensorer kan också specialdesignas. Men i det här fallet ökar kostnaden för noden kraftigt. Som regel används dussintals noder för att bygga ett nätverk, de försöker använda standardsensorer. De är billigare på grund av massproduktion, reparerbara eller snabbt utbytbara - det viktigaste är att de uppfyller de nödvändiga parametrarna. Nätverket har koordinatorer - smartare motes som utför de grundläggande funktionerna för nätverkssynkronisering; när de är påslagna pollar de alla tillgängliga enheter och bygger ett nätverk baserat på dem. Det finns mellanliggande noder - repeaters eller routrar. Och den tredje nivån är slutenheter. Sensorerna är fästa på dem. Genom repeaters byggs ett nätverk genom vilket den insamlade datan överförs i paket och de flyter alla till en enda insamlingspunkt. Avståndet mellan enheter överstiger för närvarande inte 100 meter. Även om chips redan har utvecklats och är till försäljning, kommunicerar de med varandra på ett avstånd av upp till 1 km. Det är sant, samtidigt måste du förstå att om signalen färdas över ett större avstånd, betyder det att det blir större batteriförbrukning, nätverket kommer att förbruka energi snabbare. Det finns speciella operativsystem för sensornätverk - TinyOS, och all utveckling sker vanligtvis på C-språket, för operativsystem liknande Linux.

─ Wow! Med hjälp av ett sådant nätverk visar det sig att det är möjligt att kontrollera enorma utrymmen?

─ Annars! Om du till exempel placerar 64 tusen marker på ett avstånd av 1 kilometer, kommer den första och sista att vara på ett avstånd av 1 km igen. För vi kommer att gå runt hela jordklotet på det här sättet. Visserligen har ingen ännu genomfört sådana globala experiment, men i till exempel England används redan ett sensornätverk för att styra gatubelysning.

─ Har du redan något att visa med ett praktiskt exempel?

─ Idag har vi redan flera projekt i testdriftsstadiet. Till exempel ett projekt inom området industriell övervakning. På Shaturskaya GRES nr 5:s territorium utplacerades ett RSS-nätverk för att utföra termisk kontroll på recirkulationsledningen för matarpumparna i block nr 1–6. Rörledningens temperatur i studieområdet är 230°C i normalt tillstånd. Mätnoggrannheten är 5–10 grader, mätningar görs var 10:e sekund. Sådan teknisk övervakning är möjlig inte bara i energiföretag utan också i distriktspannhus, elcentraler och kemisk produktion, eftersom RSS har fördelar: snabb installation, enkelhet och lätt underhåll.

Vi lägger stor vikt vid användningen av sensornätverk i bostäder och kommunala tjänster. Vi utvecklar redan i flera städer och stugbyar Moskva region. Jag anser att denna utvecklingsriktning är den mest lovande, kanske tillsammans med larm- och säkerhetssystem. Uppenbarligen, med hjälp av RSS, kan hiss- och ingenjörsövervakning av alla stadsbostäder och kommunala servicesystem utföras, samt organisera hanteringen av alla tekniska anordningar bostads- och förvaltningsbyggnader, insamling av data från mätapparater som behövs för att utfärda fakturor, alla typer av larmsystem (inbrott, brand) och säkerhet (panikknappar, nyckelbrickor) etc. har implementerats. Det är mycket viktigt att det interna tekniska systemet, baserat på PSS, hjälper till vid olyckor eller läckor i automatiskt läge stäng av trevägsventilen samtidigt som du informerar tjänstgöringschefen om var läckan finns, och förhindrar därigenom nödläckage av vatten från rörledningen. Det är också möjligt att styra ventilation - luftfuktighet och temperatur i rummen. Om dessa system fungerar väl, förlusterna är minimala, inställningarna är flexibla för varje användare - allt detta kommer att leda till lägre priser, ränta från försäkringsbolag etc. ...

Medicin– Fjärrövervakning av patienter. Det är planerat att installera ett patientövervakningssystem på MONIKIs funktionella diagnostikavdelning. Patienter på sjukhuset bär sensorer - i form av ett armband - för att mäta tryck, temperatur och hjärtaktivitet. De överför data till en central server, där den behandlande läkaren kan få information om patientens tillstånd genom XBee-inspelaren. Det är möjligt att tillhandahålla betald medicinsk observationstjänster för vissa kategorier av patienter, till exempel i hemmet. I detta fall installeras PCC-satsen på ett sådant sätt att gatewayen som skickas till patienten är associerad med datalagringsservern. Patienten kan röra sig samtidigt som den förblir inom räckhåll för den centrala datainsamlingspunkten. Sedan, i händelse av ett kritiskt farligt tillstånd hos patienten, går larmsignalen till den centrala servern, larmsignalen bearbetas och skickas till specialister och fullständig information om patienten visas för den behandlande läkaren att fatta beslut om nödvändiga åtgärder.

Tillsammans med Rosatom började vi studera frågan om strålningsövervakning av kärnkraftsfarliga anläggningar. Det pågår forskning om möjligheter, utsikter och problem med att använda RSS för ett system för övervakning av tillståndet i byggnader i befintliga kärntekniska forskningsanläggningar (RNI) och andra nukleärt farliga anläggningar. RSS:en utplacerades i en del av byggnaderna vid Research Institute of Nuclear Research Institute i Dimitrovgrad och en studie av systemets beteende under verkliga förhållanden genomfördes. Problem med systemets tillförlitlighet när de utsätts för ökad bakgrundsstrålning, problem med radiosignalutbredning som används för att kommunicera RSS-noder i närvaro av hinder i form av strukturer gjorda av "tung" betong som används vid konstruktion av strålnings- och kärnkraftsfarliga byggnader. också undersökt.

Russian Railways utvecklar ett system för att kontrollera temperaturen på ett hjulset. Med hjälp av RSS kan detta problem lösas på ett billigare och mer tillförlitligt sätt än vad som för närvarande görs, när temperaturen mäts diskret när ett elektriskt tåg passerar KTSM-datainsamlingspunkten. Experimentzonen, som planerat, kommer att placeras ut vid Kurovskaya-depån på ett pendeltåg. Under körning kommer föraren att kunna få information om hjuluppsättningens temperatur i realtid. Det kommer också att vara möjligt att lagra insamlad data i en central databas, som kommer att vara tillgänglig för stationsvakthavande befäl på stationen där det elektriska tåget passerar.

Det finns intresse för våra system inom byggnation - bevakning av sättningar och avvikelser av byggnader och konstruktioner. Potentiell kund – "Rosstroy". Inom en snar framtid är det planerat att skapa ett distribuerat övervakningssystem för byggnader och strukturer baserat på RSS för att övervaka bosättningsvärden, avvikelser från vertikalen och spricköppning i konstruktionszonen av två gropar som finns i Moskva-regionen i realtid, med datautmatning till en central server och publicering i WEB.

Logistik – kontroll över varurörelsen. För automatiserade logistikkomplex är det möjligt att organisera insamlingen av data om rörelsevägarna för radioenheter med en unik identifierare mellan och inom lager med positionering i förhållande till datainsamlingspunkter och lagring av information på en central server. Som en del av denna riktning, med massdistribution av sensorteknologier, kan vi också generera information om flödet av varudistribution, hantering av marknadsföringsinitiativ etc.

Det är omöjligt att lista alla implementeringsprojekt just nu. Låt mig återigen notera att användningsområdet för sensornätverk är mycket brett... Idag har vi täckt minst 20 olika områden och arbetet i denna riktning pågår. Lösningar är på väg för ministeriet för krissituationer, gruvarbetare, industriföretag, utbildningssystemet...

─ Så, på basis av vårt laserinstitut, utvecklar du en rysk version av utrustning för sensornätverk?

─ IPLIT RAS arbetar med sensornätverk när det gäller att utveckla och studera deras olika egenskaper. Eftersom alla chips är utvecklade i Amerika och tillverkade i Kina, är vi begränsade i Ryssland av den mikroprocessorbas som vi kan köpa. Tja, eller, som ett alternativ, ta ut den från utlandet i fickorna. Det finns inget annat alternativ för tillfället. Och vi studerar nätverk i termer av hur man gör dem operativa så länge som möjligt, eller hur man säkerställer att signalen garanteras passera tillförlitligt genom nätverken, och hur man gör vägen för paket med data genom dem så snabbt som möjligt . Synergierna från ett sådant partnerskap är mycket lovande.

─ Ligger rysk vetenskap långt efter sina utländska kollegor på detta område?

─ När det gäller kommersialisering och praktisk utveckling är vi fortfarande väldigt långt ifrån den potential som redan finns i forskningscentra i Japan, EU och USA. I vetenskapliga termer har en ganska stark skola nu bildats i Ryssland med sin egen unika utveckling. Idag publicerar vi till och med resultaten i ledande internationella vetenskapliga tidskrifter – det finns framsteg. Nu är det viktigaste att hitta en massproducerad billig och "korrekt" motor och detta kommer att bli ett genombrott inom tekniken. Till exempel kan alla hushållsapparater börja utrustas med sådana element i ett sensornätverk - inuti dammsugare, tvättmaskiner, TV-apparater osv. distribuera sensornätverk med temperatursensorer inställda på 300–400 grader... Sensorer placerade i hushållsapparater i hela bostadslägenheter kommer att rapportera via nätverket till centralen om en brand i garderoben i en viss lägenhet mycket tidigare än den som bor i lägenheten själv ... (speciellt när han inte är hemma) . Du kan sätta sensorn i TV:n eller musikcenter och under en nödsituation kommer den här enheten att användas för att kommunicera om nödsituationen. Och denna information kommer att vara adresserbar - varje chip har sin egen MAC-adress i nätverket, dess anslutning till andra kretsar och gateways för insamling och bearbetning av data bestämmer praktiskt taget dess plats. I massproduktion bör dessa nätverkselement kosta en slant och utföra sina funktioner som "smart damm."

─ Generellt sett är ditt mål att föra den här tekniken till konsumenternas perfektion...

─ Ja - att komma med all infrastruktur, mjukvara, sensorer och, naturligtvis, själva chipsen, som tillhör kategorin kritiska teknologier och det är omöjligt att köpa en licens för deras produktion. Och om vi utvecklar hela linjen – både gränssnitt och olika sensorer och datautbytesalgoritmer – så kommer vi att kunna producera fullfjädrade färdiga styr- och övervakningssystem, komma in på marknaden, inklusive den globala, och skapa tjänster.

─ Berätta för oss, i vilket skede är projektet nu? Så vitt jag vet flyttar du nu till Skolkovo...

─ Medan vi hade ren vetenskap. I slutet av förra året ansökte vi om uppehållstillstånd på Skolkovostiftelsen, fick ett positivt beslut och sedan våren 2013 är vi fullvärdiga invånare på innovationscentret. Skolkovo är en möjlighet att attrahera finansiering, utveckla ett projekt till kommersialiseringsstadiet och ha en anständig status. Vi kan inte göra det här med våra egna pengar. Idag går vi igenom stadiet att bygga prototyplösningar, bilda experimentella zoner, bearbeta forskningsresultat, slutföra och patentera våra uppfinningar.

─ När kommer ni enligt plan att nå det kommersiella genomförandestadiet?

─ Jag tror i slutet av nästa år.

─ Hur mycket har redan investerats i projektet?

─ Cirka 15 miljoner.

─ Dollar?

─ Nej, rubel. Nu planerar vi att attrahera externa investeringar för att fortsätta vårt arbete mot ett kommersiellt resultat. Vi är 100% säkra på vår framgång.

─ Vad behöver göras för att skapa billigt ”smart damm”? Har du en plan för att göra tekniken billig?

─ Det finns bara ett recept här - massefterfrågan. Ett chip för forskning kostar idag mer än $30, även de första 100 chipsen kostar redan $1 800, det är uppenbart att miljoner inte bör kosta mer än 1–2 dollar. Då kommer tiden för "smart damm".

─ För massproduktion, är det nödvändigt att skapa en serieanläggning?

─ Först måste vi skapa elementbasen och hårdvaruinfrastrukturen för tekniken. Vi har kontakt med ryskt företag ITFY, som kommer att förse oss med CAD för utveckling av mikroelektroniska komponenter. Kollegor från ITFY, ledda av företagets president Leonid Svatkov, tillsammans med IBM Corporation, lanserade ITFY-projektet speciellt för Ryssland, vilket öppnade "Electronic Technology Center" (CET) - för en omfattande infrastrukturlösning för kollektiv utveckling av chips och tryckta kretskort baserad på IBMs hård- och mjukvaruplattform. Skapandet av Center for Electronic Technologies (CET) tillkännagavs vid SPIEF 2012.

─ Vilken produktionsvolym planeras skapas?

─ Det är svårt att säga... Wi-Fi-teknik och Bluetooth finns idag i alla mobiltelefoner, och de tillverkas och säljs i miljontals enheter. Vi fokuserar på samma täckning med vårt nätverk. På Mobiltelefoner Vi gör inga anspråk, men hushållsapparater, bilar, leksaker, konsoler, datorer och mycket mer kan ge önskad täckning. För att projektet ska bli lönsamt krävs att man kommer in på världsmarknaden. Om vi ​​startar projektet på rätt sätt nu och vi inte har problem med finansieringen kommer sensornätverk att finnas överallt om 5 år.

─ Varför Skolkovo?

─ Skolkovo ger alla förutsättningar för aktiv utveckling av projekt, det är möjligt att få kontanter för FoU. Vi förhandlar redan med ett antal välkända riskfonder om möjligheten att locka in riskinvesteringar i projektet. I framtiden kommer vi att kontakta välkända världsledare inom detta område i syfte att skapa en gemensam produktionssatsning. Stora investerare förstår att om det finns ett verkligt intresse och man kan investera i en lovande teknik, så kan man få ett hyfsat kommersiellt resultat. Skolkovo har alla möjligheter att få finansiering och ett heltäckande stöd för projektet. Därför är atmosfären där mycket vänlig.

─ Jag förstår. I Skolkovo kommer du att slutföra din vetenskapliga utveckling, designa chips, sedan hitta en investerare, stämpla chipsen i Kina, skapa mjukvara för olika sensornätverksuppgifter och i slutändan skapa färdiga produkter - för ministeriet för nödsituationer, brandmän, etc.?

─ Att stämpla dina egna komponenter är fortfarande en uppgift för framtiden. Idag är huvudsaken utvecklingen av olika nätverksalgoritmer som ger lösningar på olika tekniska problem, utvecklingen av datautbytesprotokoll, gränssnitt, distribuerade datainsamlingssystem och beräkningar. Vår utveckling är tillämplig i alla nätverk av en godkänd standard, därför, för nu, i det första skedet, låt dem stämpla allt i Kina, bilda nätverk över hela världen och låt nätverken använda vår interaktionsprogramvara för att utföra de tilldelade uppgifterna. Även om det också skulle vara trevligt att ge ut en komplett uppsättning från en källa och i framtiden tror jag att vi kommer fram till detta.

─ Och allt detta är planerat att göras under de kommande två till tre åren?

─ Ja...vi har planer för bara ett par år. Huvudsaken är förstås finansieringen. Men vi står inte stilla... Ett antal stora riskfonder är redan aktivt intresserade av vårt projekt, eftersom sensornätverksteknik är en av de kommersiellt mest lovande, en global prestation kan man säga.

─ Var får du tag i filmerna? Det råder brist på dem, vad jag förstår.

─ Högt kvalificerad ingenjörspersonal är alltid svår att hitta, vi letar i regionerna - det finns fortfarande ljusa huvuden och riktiga talanger där. Idag är flera forskningsinstitut intresserade av ämnet sensornätverk – vi kommer också att arbeta med dem.

─ Teknologisk bas - i detta laserforskningsinstitut?

─ Vi ser fram emot ett ömsesidigt fördelaktigt partnerskap med IPLIT RAS... Utvecklaren som leder denna riktning vid institutet, chef för Igor Voronin, är också teknisk chef för LINTECH. Det visar sig vara ett mycket produktivt samarbete. Och med huvudkontoret för utveckling flyttar vi till Skolkovo.

─ De säger att det är väldigt svårt att ta sig dit. Även mutor behövs...

─ Jag vet personligen inte om möjligheten att ta sig till Skolkovo för pengar. Under de senaste 2 åren har han själv aktivt deltagit i 3 innovativa projekt - alla är nu bosatta i stiftelsen. Ett företag utvecklar aktivt mjukvara som låter dig automatiskt få färdiga 3D-modeller från panorama- eller sfärisk fotografering. Förresten, vi föreslog också att använda touch-lösningar för att avsevärt optimera detta arbete. Andra projekt är relaterade till tekniken att applicera färg och lack, till exempel... Det visade sig att detta också är ett lovande ämne. Vägbeskrivningarna är helt olika...

Min uppfattning är att Skolkovo har skapat ett ordentligt expertsystem för en heltäckande bedömning av unika idéer och utvecklingar. Om du lyckades tydligt förmedla grundprinciperna för din idé och utvecklingen passar in i innovationscentrets befintliga ramar - det är det, du får invånarstatus och arbete.

─ Vill du säga att vilken rysk utvecklare av lovande teknik som helst som har en tydlig strategi och ett färdigt team för dess implementering faktiskt kan ta sig till Skolkovo?

─ Om du har en idé som du anser vara briljant och tydligt förstår alla steg för dess utveckling, implementering, vinst - kom och låt oss prata... Jag tar mig an sådana projekt - jag formaliserar idén enligt internationella standarder, jag arbetar ut projektet ur en investerings- och kommersiell synvinkel, och sedan främjar jag det till teknikparker, företagsinkubatorer och investeringsfonder. Och det här kanske inte bara är Skolkovo. Det finns många interaktionsuppgifter idag. Även inom samma kluster vet ibland vissa utvecklare inte vad andra gör... och det händer att de är idealiska partners som förlorar enorm synergipotential.

─ Vilken typ av korruptionsskandaler fanns det i Skolkovo? Det gick ett rykte om att de till och med ville begrava hela projektet...?

─ Detta påverkade inte innovativa företags verksamhet. När vi jobbar fortsätter vi att jobba. Vi har nog av våra egna intryck. Och Skolkovo, trots allt avundsjukt glädje från sina illönskare, har idag fått en andra vind och fortsätter att utföra sitt mödosamma arbete för att odla den inhemska innovationsindustrin...

Den nya generationen smartdust-enheter (”smart dust”) kommer att öppna upp möjligheten till trådlös datainsamling i realtid, vilket kommer att leda till förändrade idéer om tekniska system, sjukvård och interaktion med miljön. Hur sådana enheter dök upp, och vad som för närvarande håller tillbaka deras utveckling - i materialet från journalisten Leonid Chernyak, utarbetat specifikt för TAdviser.

I början av 90-talet av 1900-talet, genom gemensamma ansträngningar från den amerikanska försvarsmyndigheten DARPA och Rand Corporation, skapades de första autonoma informationsenheterna mote (mote, partikel) storleken på en tändsticksask. De bestod av sensorer som mätte vissa miljöindikatorer, en dator, en sändare och en kraftenhet (från nätverket, batterier eller solceller).

Dessa motes var uteslutande avsedda för militära och underrättelseändamål, men 5-7 år senare, som ett resultat av den "sensoriska revolutionen" som började då, dök liknande anordningar för civilt bruk upp. Samtidigt föddes det moderna namnet på tekniken, smartdust (smart dust), och dess individuella komponent kallas fortfarande mote. Mote, som undgick kontrollen av specialtjänsterna, utformades för en mängd olika ändamål, till exempel för att övervaka komplexa tekniska strukturer, främst broar, som försämras under drift under påverkan av yttre faktorer (nederbörd, vind, temperatur, vibrationer, salt). , vilket orsakar korrosion). Kanske på grund av bristen på sådan kontroll kollapsade bron i Genua i augusti 2018. Glaciärer, skogar, vulkaner, havet och allt annat behöver konstant övervakning.

Experimentella kopior av mote från början av 2000-talet såg ut ungefär som enheten som visas i figuren nedan. Den gjordes vid University of Berkeley, den nya rörelsens akademiska centrum. Ledare för riktningen var professor Kirs Pister, känd för sitt arbete inom området mikroelektromekaniska enheter och grundaren av företaget Dust Networks. Skaparnas entusiasm och den traditionella vänsterradikala stämningen i Berkeley gav upphov till parollen: "Hela världens sensorer - förena dig!" Analytiker blev intresserade av innovationen och Gartner, utan att tveka, placerade smartdust i startpositionen i sin hypekurva 2003 med utsikter till implementering om 10 år

Och det fanns något att tänka på. Idén med smart damm är lika uppenbar som svår att implementera. Det är ingen slump att nästa gång smartdust-teknik dök upp på Gartner-kurvan var först 2013. Men sedan 2015 har den varje år placerats vid själva utgångspunkten med mer än ett tioårigt perspektiv på att uppnå teknologimognad. Den främsta orsaken till den upprepade återgången till den tidigare positionen var fortfarande otillräcklig beredskap för nätverks- och kommunikationsteknik.

Fram till nyligen förblev mycket specifika "dammnätverk" helt original. De skapades isolerat från andra typer av nätverk, men inte på grund av en önskan om originalitet. Detta var en nödvändig åtgärd, eftersom det inte fanns något på marknaden som uppfyllde deras krav.

Utgångspunkten för tillvägagångssättet mote nätverk är det faktum att, per definition, sändareffekten för varje enskild enhet är försumbar. Som ett resultat valde vi att skapa nätverket trådlös teknik Multi-hop, som bygger på kedjeprincipen, nämligen att varje nod fungerar som ett relä för de andra. Helmaskiga topologin garanterar tillförlitlighet och feltolerans. Inom nätverket sker dataöverföringen med hjälp av ett eget (proprietärt) TSMP (Time Synchronized Mesh Protocol), utvecklat av Dust Networks, och sedan ansluts nätverket till Internet via en gateway. För ett företag med femtio anställda är detta en bedrift.

Under loppet av ett och ett halvt decennium har storleken på moten krympt till bara några kubikmillimeter, och kostnaden har sjunkit till $10 eller mindre. Men detta är ännu inte tillräckligt för massdistribution av smartdust, eftersom frågan om kommunikation kvarstår. Situationen kan förändras i grunden med teknikens tillkomst mobil kommunikation femte generationens Bluetooth 5.0 och . I det här fallet finns det inget behov av ett hotellnätverk, och varje mote kan anslutas direkt till Internet.

Den nya generationen smartdust kommer att öppna upp möjligheten till trådlös datainsamling i realtid, vilket kommer att leda till att vi förändrar våra idéer om tekniska system, sjukvård och interaktion med miljön. Miljarder, om inte biljoner, enheter med förmåga till dataöverföring och återkopplingsinteraktion kommer på begäran att kunna överföra en mängd olika tillgängliga fysiska och kemiska indikatorer för miljön. Enheter kan drivas av batterier och utvinna energi från miljön (vibrationer, ljus). De kan placeras på någon av de mest otillgängliga platserna. Det finns anledning att tro att smartdust, som ett allomfattande fenomen, så småningom kommer att absorbera Internet of Things (IoT), symbolen för den fjärde industriella revolutionen.

I analogi med WWW (World Wide Web) kan vi säga att med smartdust förvandlas världen till en enda Real World Web. Det är fortfarande svårt att föreställa sig ett liv där informationen är obegränsad, där vi kommer att lära oss allt från ett trivialt meddelande om behovet av att byta ut en tandborste till att få tillförlitlig information om alla andra tekniska och naturliga föremål.

Men världen av fullständig informationsöppenhet hotas av Big Brother-effekten som beskrevs av James Orwell i romanen "1984". Denna fara brukar man komma ihåg när man pratar om i sociala nätverk, och i många andra fall av människor som kommer i kontakt med olika former av spårning av dem. Därför kommer en av de viktigaste uppgifterna för framtida smartdust-tekniker att vara bevarandet av privata utrymmen (integritet).

Efter 2013 dök en fortfarande blygsam våg av startups upp som förberedde fältet för deras deltagande i smartdust. De flesta av dem tog sig inte upp till Dust Networks systemnivå, tog en annan väg och satte upp begränsade mål för att motivera investeringen i dem. Till exempel erbjuder Koto Air (Slovenien), QwikSense (Holland), Wynd Technologies och Birdi (båda) system för att övervaka tillståndet i atmosfären i hem, utbildningsinstitutioner och sjukhus. American CivicSmart – parkeringshantering.

Det är uppenbart att dessa företag förbereder sig för framtiden och löser specifika problem, de utvecklar i hemlighet sensorer designade för anslutning via femte generationens kommunikationskanaler. Men det finns också företag med mer seriösa mål, bland dem Cubeworks (USA), som tillverkar subminiatyrsensorer och Cubisens plattform för att samla in information och lagra data.

CubeWorks-sensorn består av fyra komponenter placerade på ett enda chip:

• ARM Cortex M0-processor och 4 KB minne
• Laddare
• Radiosändare
• Sensor

Strömförbrukningen i standbyläge är 8 nW. Det ökar under överföring, men Laddare, som levererar 10 nW per 1 kvadratmillimeter i rumsljusförhållanden, i kombination med ett batteri ger en obegränsad drifttid.

Stora leverantörer uppmärksammar också smartdust, främst IBM. Företaget har traditionellt utvecklat temat pervasive computing, som logiskt sett ligger nära smartdust. Men nu vänder det nog mot smartdust.

Den blå jätten gör inte allt snabbt. Populär visdom säger att IBM börjar utveckla ett marknadssegment bara om det är mer än en miljard. Uppenbarligen väntar företaget fortfarande, men helt klart i början.

Nyckelpunkten för smartdust är en billig och kraftfull processor. Den kan tillverkas i massproduktion, så som en förberedelse för framtiden tillkännagav företaget världens minsta dator på Think 2018-konferensen. Dess storlek är 1 kvadrat. mm. Trots sin miniatyrstorlek är den kraftmässigt jämförbar med Intel 8086. Och i denna kvadratmillimeter finns förutom processor och minne en fotocell som driver enheten och ett inbyggt fotodiod/fotodetektorpar som ger optisk kommunikation med omvärlden. Kostnaden för enheten i massproduktion är mindre än 10 cent.

Vad är smart damm? Video.

Efterföljare till denna dator, men som stödjer kommunikation via en radiokanal, kan bli grunden för framtida smartdust-enheter. Tills dess kan en fristående dator med optisk kommunikation fungera som en tagg för att intyga produktens äkthet. Det är omöjligt att fejka det, och att läsa data med en smartphone kostar ingenting. Massproduktion av denna typ av taggar kommer att ligga till grund för smartdust inom överskådlig framtid.

Begreppet smart dust introducerades av Christopher Pister från University of California, Berkeley 2001.

Termen "smart damm", som inte är helt bekant för högteknologi, syftar på miniatyrsensorer som har datorkapacitet och trådlös kommunikation, samt minne för lagring av data och känsliga element för mätning av miljöparametrar.
Smart Dust är perfekt för att organisera trådlösa nätverk där noder kommunicerar med varandra efter behov. Ett sådant nätverk har distribuerade beräkningsmöjligheter, och nätverkets bandbredd ökar med dess storlek. Utöver själva sensorerna innehåller sensornätverk även ett antal "gateways". De senare behövs för att samla in, bearbeta och vidarebefordra information från sensorerna runt dem. I det första steget av utvecklingen av konceptet "smart dust" försökte sensorskapare ihärdigt minska sin storlek. Erfarenheterna av implementeringen av dem har dock visat att miniatyrisering inte alltid välkomnas inom industrin. Därför är de första proverna av "smart damm" skapade av Intel Corporation skivor som mäter 3 x 3 cm.
En annan tillämpning av nya sensorer som redan har implementerats är övervakning av vattenförsörjningssystem. Sensorer installeras på vattenledningar och signalerar darrningar i rör och omgivningsfuktighet till en speciell gateway placerad någonstans på en lyktstolpe eller på ett hus inom räckhåll för sensorernas trådlösa kommunikation. Sensorerna drivs av batterier och gateways drivs av nätverket. I Boston drivs ett sådant nätverk redan framgångsrikt.

Den andra generationen av "smarta damm"-sensorer håller på att skapas. De är baserade på en 32-bitars XScale-processor, och en speciell processor används för att komprimera information, samt för att säkerställa säkerheten. Måtten på de nya sensorerna är nästan två gånger mindre än den föregående generationens. De nya sensorerna har stort RAM- och FLASH-minne och kan arbeta utifrån operativ system Linux. Dessutom har de höghastighetsinformationsinmatningsmöjligheter, till exempel från videokameror.

Ett separat forskningsområde är frågan om energiförsörjning. Det finns till exempel projekt för att driva sensorer från solpaneler som mäter 10x10 cm.Möjligheterna att omvandla vibrationer av mekanismer till elektricitet undersöks. Med hjälp av den nya generationens sensorer planerar de att implementera sin idé om "proaktiv eller förutseende datoranvändning."
Hittills har datorer bara gjort det som människor säger åt dem att göra. Men i framtiden kommer våra datorer själva att förutse våra behov och självständigt agera i vårt intresse. Datorn kommer att analysera nuläget, göra proaktiva beräkningar och erbjuda oss vissa alternativ för ev ytterligare åtgärder, och i vissa fall kommer den till och med att agera på egen hand och befria oss från behovet av att utföra rutinprocedurer.

Sensornätverk, som består av många oberoende autonoma miniatyrenheter med trådlös kommunikationskapacitet, kommer att kunna organisera sig själv i nätverket och interagera med varandra och med "centret", samtidigt som de har en imponerande tillförlitlighetsmarginal.

Smart damm för krig

Begreppet "smart damm" lånades från Stanislaw Lems berättelse "Invincible" och ansågs tills nyligen höra till en avlägsen framtid. Den är baserad på idén om en mikrorobot - en mekanism vars storlek mäts i millimeter eller till och med mikron. En enda mikrorobot, som en enda myra, är praktiskt taget oförmögen till någonting. Men många av dem, samlade på ett ställe, blir som en familj av miljarder tropiska myror, som förstör allt levande i deras väg.

En av möjliga sätt Dess applikation, som uppfanns av den amerikanska militären, är att besegra fiendens stridsvagnar: ett moln av mikrorobotar som bär en laddning omsluter ett pansarfordon och exploderar. Eller den fysiska förstörelsen av fiendens styrkor med hjälp av mikrosprängämnen. Efter att ha tappats från ett flygplan (naturligtvis obemannat) söker molnet automatiskt efter mål, delar sig i kluster av den storlek som krävs för att förstöra dem, sticker runt dem, tränger in på oskyddade platser och detoneras samtidigt. Den resulterande volymetriska explosionen bränner utrustningens kontrollsystem och ödelägger de mest skyddade bombskydden med maximal effektivitet otillgänglig för konventionella vapen.

Fredligare applikationer, som spaning och spionage, kräver mycket mer komplexa mjukvarualgoritmer och förmågan att använda sofistikerad övervaknings- och kommunikationsutrustning. Därför, enligt experter, kommer det att bli genomförbart med hjälp av smart damm tidigast 2014-2017. Handlingsscenariot här kommer att se ut som följer. Ett moln som sprids i närheten av ett viktigt objekt rör sig omärkligt mot det och väljer samtidigt de optimala platserna för att placera specialiserade submoln. Videoövervakningsmolnet, vars varje dammfläck representerar en separat pixel av matrisen med ett kommunikationsgränssnitt med sina grannar, strävar efter att ta en bättre position för en större överblick över utrymmet. Buggar (eller kanske "myggor") etablerar kontroll över ljud. Den svåraste delen, överföringen av information till underrättelsetjänstens högkvarter, kommer sannolikt inte att vara möjlig inom en snar framtid utan att skicka en agent med en enhet som läser den, som i moderna RFID-system.

Hur är det i Ryssland?

I april 2007 rapporterade chefen för nanocentret för Moskvas energiinstitut, Andrei Aleksenko, om den pågående utvecklingen av nanovapen i Ryssland. Enligt honom är den största fördelen med detta vapen att "det finns inget annat skydd mot det förutom nanoskydd." Han klargjorde inte kärnan i ryska forskares arbete med det, med hänvisning till sekretessen för utvecklingen.
För att säkerställa nationell säkerhet måste Ryssland utveckla nanoteknik med dubbla användningsområden. Enligt hans åsikt kommer en sådan utveckling att bidra till att skydda gränserna och skydda mot katastrofer som orsakats av människor. Slutligen är det så kallade "smarta dammet" en fullständig undersökning av territoriet, men detta är endast möjligt med utvecklingen av modern mikro- och nanoelektronik.

I sin tur instruerade Putin, medan han fortfarande var president, 2007 förste vice premiärminister Sergei Ivanov att övervaka korrekta utgifter för offentliga medel som tilldelats för utvecklingen av nanoindustrin. "Detta är ett verksamhetsområde som staten inte kommer att spara några kostnader för," sade presidenten vid ett möte vid Kurchatov-institutets vetenskapliga centrum.

Putin betonade då att staten "tillhandahåller mycket pengar" för dessa ändamål, och "de måste investeras så att de används effektivt och ger avkastning." "Det är också mycket viktigt att känna till målen," noterade Putin, och sedan listade han dem själv: "Nanoteknik kommer säkerligen att vara en nyckelindustri för skapandet av ultramoderna och ultraeffektiva både offensiva och defensiva vapen, liksom kommunikation.”

I Storbritannien slogs 50 enheter samman till en svärm.

Brittiska forskare presenterade nyligen sin utveckling på detta område. Deras vetenskapliga intresse fokuserade på studier av andra planeter: "smarta" enheter storleken på ett sandkorn, som flyger i vinden, kan i synnerhet hjälpa till med studiet av Mars.
Sådana enheter kommer att vara ett datormikrochip täckt med ett plastskal, som kommer att kunna ändra sin form när en elektrisk impuls appliceras och därmed röra sig i den riktning som operatören bestämmer. Elektron "damm" kunde placeras i näsan på rymdsonder och släppas ut i atmosfären på andra planeter, där det skulle bäras av vinden.

Experter från University of Glasgow i Skottland presenterade resultaten av utvecklingen på detta område för sina kollegor vid ett möte med National Association of Astronomers. Dr John Barker, professor vid Centre for Nanoelectronics Research i Glasgow, säger att med hjälp av trådlösa nätverk kan sådana mikroenheter med en radie på en millimeter formas till svärmar om det behövs. Enligt Barker finns det idag chips och anordningar av lämplig storlek.

Om du använder en viss elektrisk laddning Om du "rynkar" polymerskalet på en sådan enhet kommer dammfläcken att stiga högre, och om du plattar till det kommer det att gå ner. Och trådlösa nätverk kommer att göra det möjligt för mikroenheter att sammanföras till "flockar", och Dr Barker och hans kollegor skapade matematisk modell denna process.

"Vi har sett att de flesta partiklar bara kan 'prata' med sina närmaste grannar, men när det finns många av dem kan de kommunicera över mycket större avstånd", förklarade den skotske forskaren. "Under simuleringen uppnådde vi integrationen av 50 enheter i en enda svärm - och lyckades göra detta trots den starka vinden."

Forskare har redan visat kapaciteten hos "smart damm", där sensorer, energikällor, digitala kommunikationsenheter och nätverksceller - i en volym på flera kubikcentimeter - passar. Men om de används för att utforska andra planeter, kommer de att behöva sensorer, och nuvarande kemiska sensorer är för stora för att passa in i ett flygande elektron "sandkorn." Forskare hoppas dock att mycket mindre sensorer kommer att dyka upp under de kommande decennierna.

I april 2007 undersökte John Barker möjligheten att utforska Mars yta med hjälp av en mängd trådlösa miniatyrsensorer, "smart damm", som kan röra sig över ytan från en punkt till en annan och ändra dess form. Dr Barker utvecklade en datormodell med vilken han tittade på rörelsen av 30 tusen miniatyrsensorer på Mars yta. Varje enhet i modellen kunde bestämma sin plats och även ändra sin form, ändra en slät yta till en ojämn och vice versa. Sensorer med en slät form kan lätt plockas upp och bäras av Marsvinden, och när de får en ojämn form faller de igen på Mars yta på grund av en ökning av miljöns motstånd. Genom att ändra formen på anordningarna kan deras rörelse således kontrolleras. Beräkningsresultaten visade att cirka 70 % av sensorerna framgångsrikt kommer att kunna täcka en given rutt på 20 km lång.

Samtidigt är interplanetär forskning långt ifrån det enda användningsområdet för smart damm. Andra kan inkludera att använda mikroenheter för att samla in information om slagfältet eller bädda in dem i cement för att övervaka broar, byggnader och andra strukturers "hälsa" från insidan.

rysk lösning.

Men robotar kan också ha fredliga uppgifter, till exempel att utforska jordens närhet med hjälp av flockar av mikrosatelliter. Detta väcker ett svårt problem: hur man kontrollerar flera mekanismer samtidigt. Låt oss föreställa oss att tiotusentals robotar måste styras från ett center. Det borde finnas en kraftfull superdator där, som kan spåra positionen för varje robot och ge den instruktioner. Detta kräver enormt mycket tid, och dessutom är det väldigt osäkert: kontrollcentret kan misslyckas. Det är mycket lättare att göra det möjligt för varje robot att acceptera oberoende beslut och samordna sina handlingar med sina grannars.

Actionalgoritmen, som uppfanns av ryska forskare från Taganrog Radio Engineering Institute 2003, är följande. Först bildar robotarna ett enda moln. Han får veta koordinaterna för målen. Varje robot, som känner till sina koordinater och målens koordinater, väljer det närmaste målet och bestämmer om den ska röra sig mot det. För att göra detta tar han reda på hur många robotar som redan är på väg mot detta mål. Om deras antal är tillräckligt, börjar han leta efter ett annat mål eller förblir i reserv. Om inte bestämmer den sig för att attackera och meddelar grannar om det. Så molnet bryts väldigt snabbt upp i fragment, kluster, som rör sig mot sina mål.

Klustringsprocessen måste förnyas med jämna mellanrum. Detta är nödvändigt för att ta hänsyn till förändringar i den operativa miljön. Till exempel, om en robot hoppar ur spelet, bör molnet veta om det och snabbt ersätta det med en backup. På samma sätt måste du ta hänsyn till förändringar i målets koordinater - det kan röra sig för långt bort från vissa robotar i klustret. Detta innebär att ytterligare styrkor kommer att behöva föras till honom.

Datorsimuleringar har visat att det föreslagna tillvägagångssättet är mycket effektivt, och beslutsalgoritmen för mikrorobotar är så enkel att den enkelt kan implementeras i de små elektroniska hjärnorna hos dessa miniatyrvarelser. Dessutom visar sig hela proceduren vara extremt flexibel, kan snabbt ta hänsyn till både förlusten av mikrorobotar och förändringar i beteendet hos mål.

USA testar redan aktivt "smart damm".

Utvecklingen av så kallat "smart damm" pågår även i USA. Redan 2002 sa Hans Mulder, chef för Intel Research vid University of California, Berkeley, att de var "mikroskopiska, självförsörjande sensorenheter med trådlös kommunikationskapacitet." Enligt honom finns enheterna redan och testas dessutom.

I framtiden kommer tusentals av dessa billiga trådlösa sensorer, placerade på ett brett spektrum av platser, att vara självanslutna och drivas av inbyggda strömkällor inom några år. Under tiden kan sensornätverk endast bestå av några hundra "dammsuglor", eftersom dessa enheter förblir för dyra och deras drifttid bara är några dagar. Enligt Mulder är det främsta hindret för den utbredda användningen av sensornätverk den höga kostnaden för strömförsörjning, som kostar cirka 150 dollar.

Den amerikanska militären planerar att spendera miljarder dollar för att implementera smart damm. De tror att det är värt det - "smart damm" bestående av nanorobotar som tappas på fiendens territorium kan orsaka stor skada på fienden. Robotar kommer att reproducera sin egen sort från skrotmaterial och spioner, överföra information till huvuddatorn, och på kommando från centret kommer de att gå till offensiven: de kommer att penetrera fiendens soldaters kroppar (döda dem eller helt enkelt immobilisera dem), stoppa vilken motor som helst, omdirigera vilken signal som helst, eller helt enkelt explodera och förstöra utrustning och arbetskraft över ett stort territorium. Mulder sa att amerikanska forskare har utvecklat flera sensornätverk baserade på principen om "smart damm". Ett nätverk testas i strid i Afghanistan, där den amerikanska militären har utplacerat flera tusen sensorer för att spåra militär utrustnings rörelser. Ett annat nätverk används på Wild Duck Island i Maine, där forskare använder det för att studera migrationen av petreller, och ett annat är en del av Berkeleys jordbävningssimulatorsystem.

"Smart Dust" finns redan på rea

Dust Networks, vars tekniska chef är Kristopher Pister, en av pionjärerna inom konceptet "smart dust" - distribuerade nätverk av ultrasmå enheter som stöder trådlöst datautbyte - har introducerat sin första produkt på marknaden. Den första smarta dammtestsatsen, kallad SmartMesh, består av 12 miniatyrenheter som kallas "motes". Priset för hela kitet, inklusive själva enheterna och mjukvaran, är $4 950 tusen.

Enheter länkade trådlösa linjeröverföringar och kan överföra data från sensorer som övervakar temperatur, vindhastighet, luftfuktighet eller andra parametrar. De är i huvudsak batteridrivna trådlösa routrar. Med deras hjälp kan du skapa till exempel styrsystem produktionsprocess eller säkerhetssystem. Datautbyteshastigheten för "dammfläckar" är relativt låg, vilket möjliggör låg strömförbrukning och ström från autonoma källor. Detta i sin tur kan avsevärt minska kostnaderna för operativsystem baserade på dem, eftersom det inte finns något behov av ledningar för strömförsörjningsnätverk och ger också oöverträffad systemflexibilitet.
SmartMesh är ett "lager" som låter dig organisera datautbyte mellan två andra "lager" - sensorer, å ena sidan, och informationssystem, inom vilken de verkar, å andra sidan. Varje "dammfläck" representerar en nod trådlöst nätverk datautbyte med ultralåg strömförbrukning. Data överförs från nod till nod, liknande hur paket överförs på Internet – förutom att det smarta dammsystemet använder ett annat dataöverföringsprotokoll istället för TCP/IP, som har blivit de facto industristandard. En annan skillnad är att tekniken har utvecklats för att hålla enheter avstängda för det mesta. "Om du håller radion på hela tiden," noterar Chris Pister rimligt, "räcker batterierna bara några veckor." Den nya tekniken har gjort det möjligt att uppnå ett fantastiskt resultat - en enda "dammfläck" på AA-batterier kan hålla i tre år utan att ersätta dem. programvara Business 2.0, som levereras med motes, tillåter dem att organisera nätverket själva och säkerställa en så låg strömförbrukning.

Enligt författarna till utvecklingen, när begreppet "smart damm" blir mer utbrett, kommer tillverkare att börja utrusta bokstavligen varje detalj, enhet och varje rum med sensorer, vilket kommer att öppna upp möjligheten att övervaka och hantera ett brett utbud av tekniska processer eller till exempel energiförbrukning i realtid. Detta kommer i synnerhet att göra det möjligt att öka produktionseffektiviteten, skapa mer tillförlitliga säkerhetssystem (utrusta hela den skyddade omkretsen med vibrationssensorer) och förbättra fältproduktiviteten (genom att placera fukt- och surhetssensorer i jorden på varje växt).
Att förverkliga idén om "smart damm" krävde avsevärda investeringar. Dust Networks fick totalt mer än 7 miljoner dollar för sin utveckling från företag som Foundation Capital, Institutional Venture Partners. En av dem var In-Q-Tel, ett riskkapitalbolag finansierat av CIA. Dust Networks har ännu inte lämnat uppgifter om hur mycket stora industriella "smarta damm"-nätverk kommer att kosta kunderna.

Nära framtid.

I allmänhet finns det många scenarier där sensornätverk kan användas rationellt: från övervakning av vingårdens tillstånd (fuktighet, temperatur, mognad, förekomst av skadliga insekter) till ett fullfjädrat säkerhetssystem som kan kontrollera bokstavligen allt: från närvaron av överträdare i kontrollerat område till övervakning av atmosfären för strålning och giftiga ämnen. Helst kommer allt i framtiden att utrustas med sensorer - från stadsbyggnader och bilar till människokroppen.

Amerikanska fysiker har upptäckt att ett nanorör resonerar med ett radiofält. Utifrån detta byggde de en mottagare som kan ta emot signaler utifrån med en frekvens på cirka 300-400 megahertz, det vill säga rörets radioräckvidd kan justeras. Röret fungerar både som antenn och mottagare. Nästa utmaning för sensornätverk i framtiden är deras implementering i mikro- och nanoskala. In i människokroppen, in i en byggnad, in i en struktur och så vidare. Om tio år kommer nanoteknik med nanosändare in i vårt dagliga liv.

← Äldre inlägg

"Thinking reed" är en berömd fras som, som kännetecknar mänsklighetens totala mentala potential, formulerades av den berömda franske filosofen, naturforskaren och författaren Blaise Pascal. Idag verkar det som att amerikanska forskare har kommit med en ny liknande definition för kollektiv artificiell intelligens - "smart damm"!

Observera att själva begreppet "smart damm" är smartdust introducerades i vetenskapligt bruk av den amerikanske vetenskapsmannen Christopher Pister från University of California redan 2001. Men redan innan detta, nämligen 1992, skapades Microsystems Technology Bureau (MTO) i USA i regi av DARPA, vars syfte var att skapa kompakta mikroelektroniska och fotoniska enheter, såsom till exempel mikroprocessorer, som samt olika typer av mikroelektromekaniska system Arbetet utfördes mycket aktivt, som ett resultat av vilket en modell av MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle)-roboten skapades vid Sandia National Laboratory på samma 90-tal, med en volym på bara cirka en kubiktum.

Vidare, som de säger - mer och redan år 2000 minskades dess storlek fyra gånger! Dessutom, trots sin storlek, har "maskinen" en processor med 8 KB minne, en temperatursensor, en mikrofon, en videokamera och en kemisk sensor. I framtiden var det planerat att utrusta denna robot med trådlös kommunikation så att flera av dessa mikrorobotar kunde förenas för att lösa något vanligt problem.

Jo, det behövs till exempel kanske för att (som den amerikanska militären antar) att omsluta, säg, en stridsvagn i form av ett moln, sedan tränga in genom sprickor och läckor inuti fordonet och sedan explodera på kommando! Genom att lägga till sådana mikrosensorer i färgen som används på flygplan kommer vi att kunna få information om tillståndet på dess ytor. Och om de är målade inomhus kommer de att kunna signalera brand, rök och till och med överskott av koldioxidnivåer. Naturligtvis kommer sådan färg att bli betydligt dyrare än vanligt, så dess användning i bostadslokaler är inte en mycket nära framtid, men på kärnubåtar och kraftverk kan den användas bokstavligen i morgon - det är bara en fråga om "små saker" - skapa sådana mikroenheter och förse dem med kraft. Förresten, ett prov som mäter en kubikmillimeter, utrustat med en temperatur, rörelsesensor och en radiosignalsändare, finns redan. Vad är en millimeter?!

Det är frestande, säger Joshua Smith, chef för Sensory Systems Laboratory vid University of Washington i Seattle, att täcka allt runt omkring med sådana sensorer och instruera dem att spåra fenomen och föremål av intresse för oss. Men här uppstår problemet med deras energiförsörjning. Men de jobbar också med detta problem idag, och åt flera håll samtidigt. Dessa kan vara små solpaneler placerade direkt på "baksidan" av dessa små robotar, eller termoelektriska generatorer som omvandlar värme till elektrisk ström.

Arbete med "smart damm" pågår inte bara utomlands utan även i Ryssland. I synnerhet har forskare från Taganrog State Radio Engineering Institute skapat en matematisk modell som gör det i princip möjligt att förstå hur man kontrollerar moln av sådana mikrorobotar och hur de alla ska agera tillsammans för att slutföra uppgiften. Till en början bildar de en enda massa, som får en uppgift från styrdatorn. Varje robot, som bestämmer dess koordinater och koordinaterna för målet, tar först och främst reda på hur många robotar som är närmast den och om det finns tillräckligt med dem för att slutföra uppgiften. Om "ja", så letar han efter ett annat mål, om "nej", så rusar han till föremålet. Således bildas grupper av robotar, som var och en kommer att utföra sin egen uppgift.

En vacker lösning, förvisso, men den, som väldigt ofta händer inom vetenskapen, ger upphov till ett helt annat problem. Faktum är att anslutningen av dessa mikromotorer med kontrollcentret och med varandra kommer att kräva enorm energiförbrukning. En lösning verkar dock redan ha hittats, och det av Dr John Baiker från Centre for Nanoelectronics i Glasgow. Enligt hans åsikt kan information från en robot till en annan överföras längs en kedja, vilket avsevärt kommer att minska energikostnaderna.

Föreställ dig en värld där trådlösa enheter storleken på en saltkristall. Dessa "dvärgar" är utrustade med autonom strömförsörjning och datorkraft. Dessutom finns kameror och mekanismer för trådlös dataöverföring. Sådana mikroelektromekaniska system (MEMS) kallas smart damm. Och snart kan de "sprida sig" i grannskapet. Låt oss ta reda på vad det är och var "dammfläckar" används.

Vad kan smart damm göra?

MEMS är utrustade med små sensorer som kan känna av allt från ljusfluktuationer till temperaturvibrationer. På grund av sin miniatyrstorlek kan enheter förbli upphängda i rymden som dammpartiklar. Dom kan:

• samla in enorma mängder data, inklusive acceleration, spänning, tryck, luftfuktighet, ljud och mer;
• bearbeta allt detta med den inbyggda datorn;
• lagra data i minnet;
• överför information trådlöst till molnet, basen eller andra "dammfläckar".

Mikroskala 3D-utskrift

Att skriva ut dammkomponenter på en kommersiellt tillgänglig 3D-skrivare kommer att göra tekniken tillgänglig. Tidigare undersökte vi i detalj användningen av teknik inom olika områden av mänskligt liv.

Optiska linser av miniatyrsensorer gör att du kan få bilder av ultrahög kvalitet. Nu kan vi inte ens föreställa oss det.

Praktisk applicering av smart damm

Smart dusts potential att samla in information om miljön i otrolig detalj kommer att påverka många saker. Det är som Internet of Things (IoT)-teknik multiplicerat med miljarder. Här är bara några exempel praktisk applikation smart damm.

• Övervaka grödor noggrant för att fastställa behovet av vattning, gödsling och insektsbekämpning.
• Övervakning av utrustning för att serva den i tid.
• Identifiera brister och korrosion innan systemfel.
• Övervakning av människor och produkter av säkerhetsskäl.
• Mäter allt som går att mäta. Och nästan överallt.
• Kontroll av leverans av produkter från tillverkaren till butiken, inklusive transport på alla sätt.
• Användning inom medicin: diagnos utan kirurgi. Och även kontroll av enheter som hjälper människor med funktionshinder att interagera med verktyg som hjälper dem att leva självständigt.
• Forskare vid University of California, Berkeley, har publicerat en artikel om potentialen hos smart damm. Om det implanteras så att det "stänker" hjärnan, då kan du få respons om dess funktionalitet.

Varför är smart damm farligt?

Det finns fortfarande problem som hindrar den utbredda användningen av smart stoft. Här är några av dem.

Sekretess

Experter är oroade över MEMS integritetsfrågor. Smarta enheter kan spela in vad de än är programmerade att spela in. På grund av sin miniatyrstorlek är de svåra att upptäcka. Och här kan du sätta på din fantasi om ämnet: tänk om smart damm faller i fel händer...

Kontrollera

Miljarder smarta dammpartiklar sprids lätt över det valda området. Och att sätta ihop dem om det behövs är ingen lätt uppgift.

Med tanke på deras storlek är dammpartiklar svåra att upptäcka. Och alla partiklar är från "pulver" - och ännu mer så. Dessutom kommer även ett litet antal "oupptäckta element" att fortsätta att läcka information.

Pris

Det här är ny teknik. Därför är kostnaderna för dess genomförande mycket höga. Tills kostnaden sjunker kommer smart damm att vara utom räckhåll för många.

Smart damm förstöra världen?

MEMS-teknik kan vara störande för ekonomin och världen som helhet. Det menar de som har utvecklat det sedan 1992. Samma idé stöds stora företag som satsade på forskning. Bland dem finns General Electric, Cargill, IBM, Cisco Systems.

Därför är det viktigt att ta bort alla "farliga" ögonblick snarare än att "sprida" smart damm överallt.