Kui olete kuulnud uusimast ja uuest nanotehnoloogiast ja nutikast tolmust, kuid pole kindel, kuidas need töötavad. Nutikad tolmuandurid saavad jälgida õhukvaliteeti, avastada ja ennustada looduskatastroofe, jälgida ja hallata tarneahelaid ning jälgida kriitilist infrastruktuuri, nagu sillad, tammid ja torujuhtmed. Tervishoius saavad Smart Dust andurid jälgida elutähtsad näitajad ja ravimite manustamine, jälgida patsiendi liikumist ja tuvastada nakkusi reaalajas. Kaitseks saab kasutada Smart Dust andureid seire, luure ja lahinguvälja jälgimine. See toimib, luues traadita võrgu, milles andurid suhtlevad üksteisega, et edastada andmeid keskseadmesse.
Selle abil saavad nad keskkonda pidevalt jälgida ja analüüsida. Nutikad tolmuandurid on sellest hoolimata tugevad, töökindlad ja kompaktsed. Need on ka odavad, mistõttu on need soovitav valik laialdaseks kasutuselevõtuks. Siin on kõik, mida pead teadma Smart Dusti kohta ja selle kohta, kuidas see praegust tehnoloogiat muudab.
Mida sa näed?
Mis on Smart Dust?
Smart Dust kasutab mikroskoopilisi juhtmeta andureid, et luua võrke, mis suudavad tajuda ja edastada andmeid keskkonna kohta. Need pisikesed andurid, motes, võivad mahtuda näpuotsa ja mõned neist on isegi väiksemad kui liivatera. Teatud tööde teostamiseks saate anduritesse eelprogrammeerida algoritme. See võib aidata mõõta temperatuuri, niiskust, valgust, heli, liikumist ja gaaside või kemikaalide olemasolu. Lisaks võimaldab toiteallikas neil pikka aega iseseisvalt töötada. Seetõttu sobivad need suurepäraselt kaugetesse ja väljakutseid pakkuvatesse kohtadesse. Neid saab kasutada kaitse-, tervishoiu-, tööstuskontrollis ja keskkonnaseires.
Smart Dust Working tehnoloogia
Nutikad tolmuvõrgud kasutavad pisikesi andureid, mida nimetatakse "Motes”to koguda ja edastada teavet keskkonna kohta. Need andurid on uskumatult väikesed, nende maht on vaid mõni kuupmillimeeter või vähem. Vaatamata suurusele on neil kõik tööks vajalik olemas. See hõlmab tuvastusvõimalusi, arvutusvõimsust, traadita sidet ja toiteallikat.
Nende andurite loomiseks kasutavad insenerid MEMS tehnoloogia. See tähistab mikroelektromehaanilisi süsteeme. Andurite ja täiturmehhanismide tootmiseks ühendatakse hoovad, vedrud, membraanid ja muud mehaanilised ja elektrilised komponendid. Need elemendid koos tajuvad ja edastavad teavet oma ümbruse kohta.
Tehnoloogia arenedes muutuvad MEMS-i komponendid järjest väiksemaks. See viis arenguni NEMS või nanoelektromehaanilised süsteemid. Need veelgi väiksemad komponendid võimaldavad luua andureid, mis on uskumatult väikesed, täpselt nagu tolmuosakesed. Nutikad tolmuandurid võivad õhus hõljuda nagu tolmuosakesed. See muudab need ideaalseks kasutamiseks, näiteks inimeste või sõidukite liikumise jälgimiseks või keskkonna jälgimiseks. Neid andureid saab nende väiksuse tõttu kasutada nähtamatult andmete kogumiseks. Temperatuur, rõhk, vibratsioon ja mürkide olemasolu on mõned näited sellest. Neid on lihtne tohutul hulgal kasutusele võtta, kuna need on tavaliselt 1 mm suurused.
Mida see teeb?
Pärast kasutuselevõttu koguvad moteed teavet ja edastavad selle juhtmevabalt suurematesse arvutisüsteemidesse. See Seejärel saab teavet töödelda ja analüüsida, et saada ülevaadet jälgitavast keskkonnast. Mote'i kombineeritud väiksus ja traadita andmeedastusvõimalused annavad neile oma jõu. Olenevalt moti töötlemisvõimsusest võidakse seal andmeid kogumise ajal töödelda.
Nutikad tolmuandurid saavad ka saata signaale käsuarvutisse. Seejärel kogutakse teave, et anda tehase juhtidele tagasisidet. Teise võimalusena võib andurite kogutud teave käivitada rutiinsed toimingud.
USA kaitsealane arenenud uurimisprojektide agentuur (DARPA) töötab välja programmi nimega SHIELD. See kasutab kaitserakenduste arvutikiipide tarneahela autentimiseks ja jälgimiseks mikroskaala ahelaid. Miniatuursed andurid võivad tuvastada kõike valgusest vibratsioonini temperatuurini. See integreerib erinevad võimalused kompaktseks vormiteguriks, MEMS (mikroelektromehaanilised süsteemid). Vaatamata väikesele suurusele sisaldab nutikas tolm tuvastusvõimet, iseseisvat energiatootmist, arvutusvõimalusi ja traadita sidet vaid mõne millimeetri suuruses mahus.
Need seadmed koguvad suurepäraselt suure hulga andmeid, sealhulgas kiirenduse, stressi, rõhu, niiskuse, heli ja muude parameetritega seotud mõõtmisi. Lisaks on neil võimalus juhtmevabalt edastada andmed teistele MEM-idele, baasi või pilve lisaks selle mällu salvestamisele. MEMS on tõhus tööriist tööstusharudele alates põllumajandusest kuni tervishoiuni, kuna suudab koguda ja analüüsida andmeid reaalajas.
Mõiste
1990. aastatel pakkus California ülikooli elektrotehnika professor dr Kris Pister välja uue meetodi intelligentsete juhtmevabade andurite juurutamiseks, mida nimetatakse nutikaks tolmuks. Ta uskus, et hajutavad andurid kõikjal, kõike sai mõõta, sealhulgas ilma kontrollimine. Esialgu mõtles ta keskkonnarakendustele, kuid sõjavägi andis projektile inspiratsiooni ja rahastuse. Pisteri Smart Dust projekti rahastas DARPA 1992. aastal.
Moti komponendid
Nutikatel tolmukatel seadmetel on neli komponenti: andurid, vooluringid, side või toiteallikas. Nendel pisikestel seadmetel on andurid, mis suudavad tuvastada ja mõõta erinevaid asju nagu vibratsioon, temperatuur, rõhk, heli, valgus, magnetväli jne. Mikrokontrollerid töötlevad ja salvestavad andmeid, sideks kasutatakse aga saatjat ja 3D-antenni. Olenevalt tööpiirkonnast saab moti toita päikesepatarei massiivi, õhukese kilega aku või superkondensaatoriga. Need seadmed muutuvad järjest väiksemaks, mis toob kaasa autonoomse nägemisega intelligentsete tolmukübemete loomise. Teadlased on isegi edukalt katsetanud mitme läätsega objektiive, mille suurus on umbes 100 mikronit ehk umbes soolatera suurune.
Nendel objektiividel on erakordne optiline kvaliteet ja nende eraldusvõime on kuni 500 joonepaari millimeetri kohta. Teadlased töötavad selle kallal, et luua veelgi väiksemaid energiasalvestusseadmeid, et toita moti mikroelektroonilisi komponente. Näiteks nanosuperkondensaatorid on tolmukübeme suurused, kuid neil on AAA patarei pinge.
moti põhijooned
Motes omab võimet tuvastada ja mõõta laia valikut parameetreid. See hõlmab lvalgus, asend, stress, kiirendus, rõhk, niiskus, vibratsioon ja heli. Need osad vahetavad tõhusalt andmeid üksteisega, edastades neid ühelt motiivilt teisele, kuni see jõuab edastussõlme. Varustatud arvukate miniatuursete anduritega koguvad ja kombineerivad asjakohaseid andmeid, mis on neile määratud ülesannete jaoks olulised. Lisaks on motidel võimalik analüüsida kogutud andurite andmeid süsteemi juhtelementide põhjal ja tulemustest tõhusalt edastada nii teistele motidele kui ka kesksele tugijaamale.
3D printimine mikroskaalal
Nende seadmete need osad on toodetud ühes tükis, kasutades müügilolevat 3D-printerit. See aitab saavutada hämmastavat keerukuse taset. Lisaks ei kehti enam teatud varasemad tootmispiirangud, mis piiravad üksuste suurust. Parim pildikvaliteet on võimalik nende väikeste andurite optiliste läätsedega.
Neuraalne nutikas tolm neuroteaduses
Nutikas tolm viitab pisikestele juhtmeta andurseadmetele ja võib aidata jälgida inimesi või objekte nende liikumise ajal, jälgida ilmastikumustreid, tuvastada keskkonna saasteaineid ja palju muud. Tehnoloogial on ka võimalus põhjalikult muuta seda, kuidas me paljudes organisatsioonides andmeid kogume ja analüüsime. See võib tuua muutusi tervishoius, tootmises ja põllumajanduses.
Teadlased töötavad aktiivselt selle nimel, et Smart Dusti tehnoloogiat täiustada ning muuta see veelgi väiksemaks ja arenenumaks. Nad arendavad nanoelektromehaanilisi süsteeme (NEMS), mis suudavad täita keerulisi funktsioone alla mikroni skaalal. Lisaks uurivad nad ka Smart Dusti kasutamist neuroteaduste valdkonnas. Eesmärgiga arendada pisikesi juhtmeta seadmeid üksikutesse närvidesse, et jälgida ja stimuleerida närvitegevust. Kuigi Smart Dusti tehnoloogia on alles algusjärgus, on selle potentsiaalsed rakendused ja eelised ulatuslikud ja põnevad.
väljakutseid ja piirangud
Nutikas tolm on pisike juhtmevaba andurite võrk paljude väikeste autonoomsete anduritega. Nendel anduritel on tuvastus-, andmetöötlus- ja traadita side võimalused. Need andurid on nii pisikesed, et võivad keskkonnas laiali hajuda ja on seetõttu sisuliselt tuvastamatud. Nutitolmu jaoks on palju kasutusvõimalusi, alates keskkonnaseirest kuni sõjaväe spioneerimiseni. Kuid, privaatsusprobleemid muudavad ka nutika tolmu kasutamise vaieldavaks. On võimalus, et neid seadmeid võidakse kasutada volitamata jälgimiseks või andmete kogumiseks, kuna need on nii väikesed ja neid on keeruline tuvastada.
Lisaks on nutikat tolmu piiranud väljakutse pakkuda nende pisikeste seadmete käitamiseks piisavat võimsust. See on pannud teadlased uurima erinevaid toiteallikaid, nagu soojus-, vibratsiooni-, valgus- või raadiolained, et neid seadmeid toita. Nendest raskustest hoolimata on pakendite ja nanoelektroonika areng võimaldanud kaasata erinevaid nanoelektroonilised kiibid. See ühendab fotogalvaanika, mälu ja arvutid taskukohasteks kompaktseteks süsteemideks, millel on suurepärane jõudlus. Tänu sellele tehnoloogiale saaks suures mahus toota päikeseenergial töötavaid nutikaid tolmusüsteeme, mis on võimsamad ja kompaktsemad kui kunagi varem.
Praktilised rakendused
Nutikas tolm võib keskkonna kohta üksikasjalikku teavet pakkudes revolutsiooniliselt muuta erinevates tööstusharudes. sisse põllumajandus, suudab see põllukultuure ulatuslikult jälgida, aidates põllumeestel määrata ideaalsed kastmis-, väetamis- ja kahjuritõrjevajadused. Nii saadakse kvaliteetsem ja rikkalikum saak. sisse tööstusharudes, suudab see seadmeid pidevalt jälgida, tuvastades nõrkused ja korrosiooni enne rikke ilmnemist. See võib võimaldada õigeaegset hooldust, et vältida süsteemitõrkeid. See võib aidata keskkonnaseire tervise ja ohutuse tagamiseks keemiliste ja bioloogiliste meetodite abil. Näiteks vee, õhu ja pinnase kvaliteedi jälgimine.
Nutikas tolm võib aidata linna infrastruktuuri seire jälgides hooneid, teid, sildu, tunneleid, vee- ja kanalisatsioonitorustikke, elektri- ja telekommunikatsioonivõrke jm. See võib paraneda varude kontroll kasutades mikroelektromehaaniliste süsteemide (MEMS) tehnoloogiat ja jälgida tooteid tootmisrajatistest transpordikonteineriteni jaemüügiriiuliteni. sisse tervishoid, võib see aidata diagnostilises ravis ja puuetega inimesi abistavates seireseadmetes. Nutikas tolm aitab kiiresti riknevate esemete transportimisel jälgida temperatuuri, niiskust ja õhutust ning aitab hoida silma peal loomade heaolul transportimine. Lisaks sellele sõjaline saab kasutada nutikaid tolmuandureid, et pääseda ligi toimingutele piiranguteta või ligipääsmatutes kohtades. Nad suudavad tuvastada mürgiste gaaside või muude ohtlike ühendite olemasolu.
In kosmoseuuringud, suudab see jälgida planeetide ja kuude ilma ja seismilist aktiivsust. Selle võime andmeid koguda ja reaalajas tagasisidet anda võib mõjutada mitmesuguseid tööstusharusid alates ohutusest kuni nõuetele vastavuse ja tootlikkuseni. Sisuliselt korrutab nutikas tolmutehnoloogia asjade interneti tehnoloogiat miljoneid või miljardeid kordi ning selle potentsiaalsed rakendused on peaaegu piiramatud. Kui igale sõrmeotsale kantakse kriips, saate luua a Virtual Keyboard. Kogu teie arvuti sisend/väljund oleks MEMS-i liitreaalsuse hoiatuskuva tõttu nähtamatu.
Puudused-Privaatsus ja kulud
Nutikas tolmul on andurid, mikroprotsessorid ja traadita side võimalused. See võimaldab neil koguda ja edastada andmeid oma keskkonna kohta. Nutitolmu kasvav kasutamine tekitab vaatamata selle võimalikele eelistele mitmeid küsimusi. Kuna need vidinad suudavad salvestada palju teavet ilma meie teadmise või nõusolekuta, privaatsus on suur mure. Kuna seda on raske garanteerida, võidakse selle abil saadud tundlikku või isiklikku teavet kasutada kurjadel kavatsustel. Kui need on piirkonnas laiali levinud, võib olla raske neid kinni püüda või tagasi saada. See võib muuta kurjategijate jaoks nende enda tarbeks töölevõtmise lihtsamaks. Selle leidmine ja peatamine võib olla keeruline.
. hind nutika tolmu kasutuselevõtust on ka murekoht. Kuna tegemist on veel suhteliselt uue tehnoloogiaga, on satelliite ja muid täielikuks rakendamiseks vajalikke elemente sisaldava nutika tolmusüsteemi juurutamise hind kõrge. See muudab selle paljudele inimestele ja organisatsioonidele taskukohaseks, piirates selle laialdast kasutamist. Lisaks tekitab nutikas tolm muret võimaliku saastumise pärast. Kui neid seadmed, mida sageli kasutatakse ühekordselt ja mis ei ole biolagunevad, nõuetekohaselt ära visata, võivad keskkonda saastada. Nutikas tolm võib ohustada ka inimeste tervist, kuna nende mikroskoopiliste osakeste sissehingamine või söömine võib kahjustada.
Lõpuks on olemas õiguslikud mured nutikate tolmuvõrkude turvalisuse ümber. Kui need võrgud ei ole turvalised, on oht, et volitamata kolmandad isikud pääsevad ligi seadmete kogutud andmetele ja kasutavad neid ebaseaduslikeks tegevusteks.
järeldus
Suured ettevõtted, nagu General Electric, Cargill, IBM, Cisco Systems ja teised, on investeerinud nutika tolmu uurimisse. Töötavad rakendused arvavad aga, et see tehnoloogia häirib majandust ja maailma. Alates 1992. aastast on need ettevõtted olnud nutika tolmutehnoloogia arendamise innovatsiooni esirinnas. Paljud nutika tolmu potentsiaalsed kasutusvõimalused on alles kontseptsiooni staadiumis. Kuigi tehnoloogia kiirustab, tuleb palju probleeme lahendada, enne kui näete, kuidas see teie ettevõtet mõjutab. Siiski on oluline pöörata tähelepanu selle kasvutrajektoorile, kuna see pole enam midagi väljamõeldud. Isegi kui me ei suuda ette näha täpset hetke, millal see üldise omaksvõtu punktini jõuab, teame, et küsimus on pigem selles, millal kui kas.
Mida arvate Smart Dustist? Rääkige meile allpool olevas kommentaaride jaotises.
