Smart Dust – en blandning av nanoteknologi och energihanteringsteknik

Introduktion:

I en av de tidigare bloggarna pratade vi om Molecular Communication som är inspirerad av kommunikationen i de biologiska systemen och använder konceptet Nano Technology för sin design.

Idag skulle vi diskutera om ytterligare en sådan teknik som är en av tillämpningarna av Nano Technology-designer och det är Smart Dust. Inom nanoteknik är smart dust ett ad hoc-nätverk av små enheter utrustade med trådlösa mikroelektromekaniska sensorer (MEMS). Smart Dust kallas också för Smart Matter.

Definition:

Stor mängd självständiga mikroelektromekaniska enheter i millimeterskala som består av sensorer , beräkningsförmåga, dubbelriktad trådlös kommunikationsteknik och en strömförsörjning utgör Smart Dust.

Dessa enskilda enheter kallas individuellt för Motes. Tusentals av dessa motes är gemensamt kända som Smart Dust. Fläckar så små som dammpartiklar kan spridas i atmosfären på en plats för att övervaka och samla in data om luftkvalitet, temperatur och många andra saker. Smart Dust-enheter har hittat tillämpningar inom nästan allt från militära till meteorologiska till medicinska områden.

Nyckelkomponenter:

Den smarta dammenheten innehåller följande komponenter:

Sensorer

Fotodetektormottagare

Passiv sändare med hörnkub retroreflektor

Aktiv sändare med laserdiod och strålstyrning

Analog ingång/utgång, signalbehandling (DSP eller mikrokontroller) och styrkretsar

Strömkälla från solceller och tjockfilmsbatterier.

Bildkälla: researchgate.net

Mart dammfläckar är lika små som dammpartiklar. Därför är dessa motes det perfekta exemplet på enheter som använder både evolutionära och revolutionära framsteg inom miniatyrisering, integration och energihanteringsteknik. Mikroelektromekaniska system har använts för att designa små sensorer, optiska kommunikationskomponenter och strömförsörjning. Mikroelektronik används för att ge stor funktionalitet med låg strömförbrukning.

Smart Dust Motes består av två typer av aktiva och passiva transmissioner. Den aktiva överföringen använder laserdioder och styrbara speglar för kommunikation mellan enheter. Medan hörnkubreflektorn används i passiv överföring för sändning till basstationer.

Working Princ iple of Smart Dust:

Varje Smart Dust Motes består av mikrokontroller som bestämmer vilken uppgift den ska utföra och övervakar strömförsörjningen till olika komponenter i systemet för att spara energi. Mikrokontroller läser av signalerna från en av sensorerna som mäter olika fysiska eller kemiska stimuli som temperatur, omgivande ljus, vibrationer, acceleration eller lufttryck. När den tar emot signalen bearbetar den data och lagrar den i minnet.

Mikrokontrollern styr också den optiska mottagaren för att kontrollera eventuella kommunikationssignaler från vem som helst. Dessa kommunikationssignaler består av nya program eller meddelanden från andra motes. Som svar på dessa meddelanden eller på eget initiativ, överför mikrokontrollern sensordata eller ett meddelande till en basstation eller en annan mote med hjälp av hörnkubens retroreflektor eller laser.

Se även: Bioteknik: Resa från dess ursprung till datum – Infographic

Fördelar med Smart Dust:

Smart Dust-teknik har många potentiella och faktiska fördelar som kan revolutionera ett brett spektrum av industrier, allt från ekologisk forskning, lagerkontroll inom en organisation, olika funktioner inom en stadsområden och militären.

Det minskar kostnaderna för infrastruktur och system.

Det hjälper anställda att öka fabrikens produktivitet.

Det förbättrar säkerhet, effektivitet och efterlevnad på arbetsplatsen.

Det ger bönderna en bättre tidshantering.

Det hjälper till att förbättra gödslingshanteringen genom att ta hänsyn till grödans behov.

Det minimerar mängden defekta produkter som lossnar från monteringen.

Andra fördelar är utrustningsövervakning tillstånd, tillgångsövervakning, maskinkontroll och processövervakning och kontroll.

Nackdelar med Smart Dust:

Den största utmaningen som står inför är integriteten som måste hanteras på rätt sätt.

Det har orsakat negativa miljöproblem i vissa applikationer.

Sensorerna i den smarta dammdesignen är mycket dyra och därför blir kostnaden för systemen höga.

En potentiell nackdel kan uppstå om företagen använder smart damm som hämtar energi från radioaktiva källor. Även om forskarna bekräftar att det inte skulle ha några skadliga effekter, men de anställda kan vägra att arbeta.

Tillämpningar av Smart Dust:

Factory Automation and Chemical Plant – Smart Dust Motes kan vara platser i rören till kemiska fabriker för att upptäcka eventuell korro eller för att kontrollera att kemikalier släpps ut av misstag.

Smart Dust Motes kan också användas för att övervaka temperaturen i serverrummet och kontrollerar därför funktionen hos luftkonditioneringsapparater.

Miljö- och livsmiljöövervakning – Smarta dammstråk kan också byggas med sensorer som kan identifiera föroreningsnivåerna i atmosfären. Smarta dammfläckar skulle kunna släppas i skogen och sensorerna skulle varna oss för möjliga bränder.

Industriell avkänning – Smart damm används i industrier där trådbundna sensorer inte kunde installeras som roterande maskiner och vindtunnlar.

Transport Domain – Smart damm kan vara till stor nytta vid trafikövervakning och igenkänning av vägmärken i dåliga väderförhållanden. Smarta dammöglor kan fungera som sändare och sända signaler till bilens system för att uppmärksamma föraren om vägskyltar framför vid dåligt väder och dålig sikt.

Militär avkänning – Smart damm kan visa sig vara till hjälp för att hålla en öga på fiendens rörelser i de otillgängliga områdena. De kontrollerar också om det finns några giftiga och farliga ämnen i luften.

Jordbrukssektorn – Smart Dust skulle kunna användas inom jordbrukssektorn för att övervaka lufttemperaturen över vingårdsfältet. De kan sända varningssignaler vid upptäckt av frost för att skydda dem från eventuella skador. Moten kan också byggas med sensorer som kan övervaka och fånga markens pH och salthalt.

Slutsats:

Applikationerna och fördelarna med smart dammteknik är gränslös. Det kan visa sig vara till stor fördel på nästan alla livsområden som det mänskliga sinnet kan tänka sig. Många undersökningar pågår i princip för att testa tillämpningarnas praktiska funktion och för att göra dem så små som möjligt.

_{Läs: 0}