Все новости от 10 апреля 2002 г.

Вычислительный песок сделает мир разумным

Группа ученых, специализирующихся в самых разных областях, разработала мельчайшие модули, оснащенные датчиками и средствами связи. Цель проекта — создание «разумной пыли» — самодостаточной сети узлов, размер каждого из которых не превышает миллиметра.

Новые технологии найдут применение в сферах контроля за окружающей средой, здравоохранения, безопасности, распределенных вычислений и наблюдения — и, несомненно, приведут к появлению новых направлений, таких как контроль за состоянием пищевых продуктов, предусматривающий сигнализацию о потере ими свежести или о том, что они содержались в неподходящих условиях. Можно представить себе и еще более необычные устройства, например загнанные под ногти песчинки будут реагировать на движения пальцев. Это позволит создать невидимые клавиатуры, устройства, реагирующие на жесты, и средства ввода трехмерных данных.

С разумной пылью связаны и уникальные проблемы, в основном относящиеся к питанию. Если простые идентификационные радиометки (RFID) должны всего-навсего возвращать по запросу уникальный идентификатор и могут использовать энергию сигнала запроса, то для разумной пыли требуется питание датчиков, вычислителя, памяти и средств связи. Каждая из этих задач требует разработки специальных конструкций, минимизирующих потребляемую энергию. Между тем батареи можно сделать очень миниатюрными, а энергетический бюджет легко доводится до нановатт — это при том, что остается возможность подзаряжать батареи от солнечных элементов или динамомашины, поглощающей вибрацию.

Особенно много проблем с передачей данных. Радиосистемы отличаются гибкостью и надежностью, но требуют относительно много энергии. При любой радиопередаче большая часть сигнала теряется в эфире. Одно из главных новшеств, которые испытывают в Беркли, — оптические каналы связи, образованные лазерами и зеркалами. Песчинка освещается издали лазером и отражает сигнал на подвижное зеркало, входящее в состав микроэлектромеханической системы (MEMS) — подвижной микросхемы, созданной по новой технологии. Если построить отражатели по принципу уголкового ретрорефлектора (corner-cube retroreflector, CCR — три зеркальные поверхности, расположенные под углом 90 градусов друг к другу, обладают свойством отражать свет точно в направлении его источника), песчинка может посылать сигнал на большое расстояние, практически не расходуя энергию: энергозатраты по сравнению с радиопередачей уменьшаются примерно в 10 тыс. раз.

Тот же лазерный луч может передавать в пылинку программы и данные, обеспечивая двустороннюю связь. В ходе испытаний сигнал посредством стандартной ручной лазерной указки и электронных датчиков передавался на расстояние свыше 21 км. Ученые утверждают, что в принципе сигнал можно передавать даже на спутники, находящиеся на орбите высотой 300 км.

Разработаны и сверхмалопотребляющие датчики. Аналого-цифровые преобразователи, важнейшая часть систем измерения температуры, давления, силы звука и света, обычно очень прожорливы, однако новая конструкция работает всего от 2 мкВт, и эту цифру можно уменьшить еще вдвое.

К тому же новая конструкция позволяет обеспечивать лишь требуемый уровень точности, так что, если требуется выборка шириной всего в пару бит, не придется использовать полный 8-разрядный АЦП. Группа утверждает, что схема, питаясь от батареи размером в кубический миллиметр, может делать по десять измерений в секунду в течение ста лет. Ученые разрабатывают и специальные процессоры с набором инструкций для максимально энергоэффективного кодирования измерений и оптимального управления протоколами обмена данными.

Многие прототипы уже демонстрировались. В основном это так называемые «макропылинки», собранные из более крупных, коммерчески доступных компонентов с целью проверки различных концепций. Они измеряют температуру, влажность, атмосферное давление, силу света, наклон, вибрацию и магнитные поля. Каждый такой датчик размером в кубический дюйм включает радиоприемопередатчик, микропроцессорный контроллер и батарею. Один из прототипов с системой сигнализации на основе лазерной указки применялся для передачи метеоинформации через залив Сан-Франциско.

Группа признает, что разумные компьютеры размером с песчинку, которые следят за всем, что их окружает, и передают информацию, создают некоторые проблемы для неприкосновенности личной жизни и безопасности. Хотя реально такая пылинка с полным набором возможностей еще не создана, прогресс движется быстро, так что уже примерно через год можно ожидать появления действующего образца. 

 Предыдущие публикации:

 В продолжение темы:

Обсуждение и комментарии

	Матрос 12 Apr 2002 11:29 AM
//например загнанные под ногти можно песчинки будут реагировать на движения пальцев. // Дрова... У вас литературный редактор в штате есть?
	Cybernator - cybernatormail.ru 12 Apr 2002 1:21 PM
Все изумляюсь прозорливости некоего С.Лема - о кошмарных перспективах развития микротехники и нанотехнологий можно найти в романах "Осмотр на месте" и "Мир на Земле". То, что в статье - как технологическая калька с этих романов. Интересно, разработчиков этих "песчинок" не он ли вдохновил?