Roman Stanislav Lem "Invincibil", care descrie confruntarea dramatică a pământeștilor și cvasi-organismul cibernetic produs de mintea străină, a devenit mult timp un clasic al științei. Se crede că în această carte scriitorul futurist polonez a descris pentru prima dată conceptul de "praf inteligent", nenumărate mecanisme minime capabile de autoorganizare. Astăzi, oamenii de știință s-au apropiat de crearea microboturilor care pot crea rețele mobile - aceste dispozitive miniatură sunt încă departe de "muștele" extraterestre descrise de Lem. Dar chiar și la nivelul modern al dezvoltării tehnologice, "praful inteligent" poate găsi multe aplicații interesante (și periculoase) ...
Rețelele mari de senzori wireless devin un subiect urgent al cercetării științifice. Progresele în tehnologia de hardware și de inginerie de proiectare a condus la o reducere semnificativă a mărimii, consumul de energie și costurile de circuite digitale, comunicații fără fir și sisteme microelectromecanice (MEMS). Este posibil să se creeze un, autonom și mobile noduri, fiecare dintre care conține unul sau mai mulți senzori, calculatoare și facilități de comunicare, precum și de alimentare cu energie foarte compact. Este imposibil să se utilizeze pe deplin aceste tehnologii revoluționare, în primul rând, din cauza lipsei de tehnologii de rețea adecvate. Intr-un studiu realizat de cercetătorii de la Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor, Universitatea din California, la Berkeley (Dzh.M.Kan (JMKahn), R.H.Kats (RHKatz), K.S.Dzh.Pister (KSJ Pister)), de bază elemente de tehnologie de „praf» inteligente (praf inteligent) și descrie sarcinile de cercetare care vor trebui să rezolve reprezentanții comunității implicate în rețele mobile și sisteme - necesare pentru a asigura conexiunea consecventă a unui număr mare de noduri de rețea de telefonie mobilă situate într-un spațiu foarte limitat.
Unul dintre proiectele cele mai notabile legate de construirea unei rețele de telefonie mobilă, formată din noduri microsensor este un proiect inteligent de praf ( „praf inteligent“), implementat în timpul său de la Universitatea din California, la Berkeley, sub îndrumarea profesorilor Pistera și Caen. Obiectivul principal al proiectului a fost de a investiga dimensiunea maximă și consumul de energie al nodurilor senzorilor autonomi. Reducerea dimensiunii a fost prima prioritate - nodurile unei astfel de rețele ar trebui să fie la fel de ieftine și simple în desfășurare. Cercetatorii au pornit de la presupunerea că acestea vor fi în măsură să plaseze senzorii, comunicațiile și datele necesare prelucrării, precum și o sursă de energie, pentru cantități care nu depășesc câțiva milimetri cubi. În același timp, astfel de elemente ar trebui să demonstreze performanțe ridicate, legate de funcționalitatea senzorilor și a echipamentelor de comunicații. Aceste dispozitive au fost dimensionate în milimetri și au fost denumite "praf inteligent" (praf inteligent). Poate că „praf inteligent“ mostre de viitor va fi suficient de mici ca dimensiune pentru a pluti în aer, susținut de curenții, colecta informații și de a comunica timp de câteva ore sau chiar zile. Cel puțin în science fiction, o astfel de idee a fost deja menționată (romanul lui Neil Stephenson "Epoca de diamant").
Investigarea sistemelor bazate pe "praful inteligent" a început tocmai ieri. Scopul principal al acestui articol este de a prezenta câteva oportunități și probleme tehnologice pentru a atrage cercetători mai serioși interesați de acest domeniu extrem de important.
"Praf inteligent": tehnologii
Figura de mai jos prezintă un "spec inteligent" separat - mot. Într-un singur corp integrat MEMS senzori, o diodă laser semiconductor și o oglindă de direcționare de fascicul pentru MEMS-based pentru activ optic cub transmisie colt MEMS-reflector pentru transmisia optică pasivă, un receptor optic, circuitul de procesare a semnalului și sursa de control și de alimentare pe baza bateriilor groase de film și celulele solare. Acest dispozitiv este remarcabil prin faptul că poate colecta informații, comunica și nu dispune de surse de alimentare externe.
Sarcina principală este de a integra toate aceste funcții la un consum de energie foarte scăzut și, prin urmare, pentru a maximiza durata de viață cu un volum limitat destinat stocării energiei. Având în vedere că volumul unui astfel de dispozitiv ar trebui să fie aproximativ egal cu 1 metru cub. mm, iar cele mai bune tehnologii sunt disponibile, cantitatea de energie stocată este de aproximativ 1 J. Dacă această energie este utilizată continuu în timpul zilei, atunci cu un calcul dur, puterea consumată de motor nu poate depăși 10 μW.
funcționalitatea previzibilă a „praf inteligent“ poate fi realizată numai în cazul în care consumul total de energie nu depășește Mota câteva microwați și utilizați strategia atentă a consumului de energie (de exemplu, diferitele elemente Mota consumă energie numai atunci când au nevoie de ea). În cazul în care „particulele de praf inteligente“ trebuie să lucreze în termen de câteva zile, pot fi utilizate celule solare: o astfel de decizie va primi până la 1 Joule pe zi, cu ajutorul luminii solare, sau aproximativ 1 mJ - atunci când rulează pe sursele de lumină artificială.
Metodele de funcționare a senzorilor și implementarea procesării datelor cu consum redus de energie pot fi considerate bine concepute. O problemă inginerească mai complexă este dezvoltarea unei arhitecturi de comunicații care funcționează la un consum de energie ultra-scăzut. Până în prezent, cea mai potrivită tehnologie pentru această sarcină este utilizarea undelor radio sau a transmisiei optice, ambele tehnologii având avantajele și dezavantajele acestora. În primul caz, problema este spatiul foarte limitat pentru amplasarea antenelor, prin care transmiterea este posibilă numai pentru lungimi de undă foarte scurte (adică, frecvențe foarte înalte) și comunicare în acest mod permite să funcționeze cu un consum redus de energie. În plus, transceivere RF sunt circuitele relativ complexe, ceea ce împiedică reducerea consumului de energie până la nivelul dorit (câteva microwatts) - schema de modulare necesară, o filtrare bandpass și demodulare, precum și un modul suplimentar, în cazul în care semnalele de transmisie de la un număr mare de motes care urmează să fie multiplexate cu timpul, frecvența sau codarea.
Pentru decodificarea cu succes a transmisiilor simultane, este necesar ca "punctele inteligente" să nu fie pe linia de vedere între celelalte motes și BT. Cu toate acestea, o astfel de blocare este puțin probabil din cauza dimensiunii reduse a dispozitivelor. A doua cerință pentru decodarea semnalelor recepționate simultan este aceea că imaginile de diferite mote sunt înregistrate de diferiți pixeli ai receptorului-imager al imaginilor WT.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: