Умная пыль

1. Определение

Умная пыль – сеть из беспроводных микроэлектромеханических устройств, называемых mote (с англ. «пылинка») или «мот» в русском варианте.

Моты регистрируют уровень освещенности, вибрации, температуру, химический состав окружающей среды и самоорганизуются в сеть для обмена сообщениями.

2. История создания и развития

Исследования сетей, состоящих из большого количества крохотных устройств, началось в конце 20 века в DARPA для военных целей. Термин «умная пыль» (с англ. «Smart Dust») был предложен учеными из Калифорнийского университета Беркли в 1997 году. Ключевая концепция использования умной пыли состоит в том, чтобы развернуть сети из множества миниатюрных устройств (мотов) в помещениях и на открытом пространстве для сбора различных данных и анализа состояния окружающей среды. 

Сегодня главной компанией занимающейся разработкой и исследованиями в области умной пыли является Dust Networks. Ей помогает компания Cisco. Вопрос о стандартах взаимодействия мотов в настоящий момент является открытым, активно разрабатываются и тестируются протоколы связи для таких сетей.

В будущем планируется уменьшать размер устройств, в идеале достичь размеров, не превышающих размеров частички пыли (отсюда и название «умная пыль»).

3. Технические характеристики

Размер устройств без антенны не превышает нескольких миллиметров. Обычно изготавливаются на кремниевой подложке. Более дешевым вариантом являются моты, изготовленные из полимеров, однако такие устройства имеют меньший срок службы. Работают данные устройства от микробатареек в среднем в течение 10 лет.

Между собой моты могут общаться при помощи радиоволн малой мощности или с помощью оптических волн. И тот и другой способ накладывает некоторые ограничения на область применения мотов. Самым распространенными алгоритмами самоорганизации на сегодняшний день являются биоподобные, в частности роевой (копирует поведение роя пчёл, муравьев). Связь с сетью общего пользования осуществляется через специальные шлюзы.

В среднем к одному моту подключается до 10 миниатюрных датчиков в зависимости от задач, возложенных на сеть. Одной из модели построения сети является распределение обязанностей. Т.е. все моты разбиваются на группы с разными функциональными возможностями и могут привлекать друг друга в зависимости от задачи и конкретной ситуации.

В качестве операционной системы на устройствах умной пыли используется встроенная TinyOS. TinyOS написана на языке программирования nesC и представлена набором взаимодействующих задач и процессов.

4. Кейсы применения

В военной сфере умную пыль применяют для разведки вражеской местности, атаки на военные объекты (например, рой мотов окружает БПЛА и, например, самовоспламеняется или мешает ориентированию в пространстве). Множество применений и в гражданской области. Самое распространенное мониторинг труднодоступной среды (например, на вращающихся элементах, шахтах и др.).

Организация умных помещений: моты контролируют микроклимат в помещении, осуществляют мониторинг движения людей и животных. В будущем с появлением новых технических возможностей применение умной пыли для мониторинга состояния внутренних органов человека, ликвидации поврежденных или зараженных клеток и т.д. Также умная пыль может использоваться в космическом пространстве, помогая исследовать новые планеты.

5. Полезные ссылки

Читайте также