スマートダスト – ナノテクノロジーとエネルギー管理テクノロジーの融合

はじめに:

以前のブログの 1 つで、生物学的システムのコミュニケーションからインスピレーションを受け、その目的にナノテクノロジーの概念を使用する分子コミュニケーションについて話しました。

今日は、ナノテクノロジー設計の応用の 1 つであるもう 1 つの技術について説明します。それは、スマート ダストです。ナノテクノロジーにおけるスマート ダストは、無線マイクロ電気機械センサー (MEMS) を備えた小型デバイスのアドホック ネットワークです。スマート ダストは、スマート マターとも呼ばれます。

定義:

センサーで構成される大量のミリメートル スケールの自己完結型マイクロ電気機械デバイス、計算能力、双方向無線通信技術、および電源がスマート ダストを形成します。

これらの単一デバイスは、個別にモートと呼ばれます。これらの数千個のモートは、総称して Smart Dust として知られています。塵の粒子ほど小さなモートは、空気の質、温度、その他多くのことに関するデータを監視および収集するために、場所の大気中に拡散する可能性があります。スマート ダスト デバイスは、軍事から気象学、医療分野まで、ほぼあらゆる分野で応用されています。

主要コンポーネント:

スマート ダスト デバイスには、次のコンポーネントが含まれています。

センサー

光検出器受信機

コーナーキューブレトロリフレクターを備えたパッシブ送信機

レーザーダイオードおよびビームステアリングを備えたアクティブ送信機

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アナログ入力/出力、信号処理 (DSP またはマイクロコントローラー) および制御回路

太陽電池および厚膜バッテリーからの電源。

画像出典:researchgate.net

マートダストモートは塵粒子と同じくらい小さいです。したがって、これらのモートは、小型化、統合、エネルギー管理技術における進化的かつ革命的な進歩を利用したデバイスの完璧な例です。微小電気機械システムは、小型センサー、光通信コンポーネント、電源の設計に使用されています。マイクロエレクトロニクスを使用して、低消費電力で優れた機能を提供します。

スマート ダスト モートは、アクティブおよびパッシブの 2 種類の伝送で構成されます。アクティブ送信では、デバイス間の通信にレーザー ダイオードと操縦可能なミラーが使用されます。一方、コーナー キューブ リフレクターは、基地局に送信するためのパッシブ送信で使用されます。

動作原理 Smart Dust の概要:

各 Smart Dust モートは、実行するタスクを決定し、システムのさまざまなコンポーネントへの電力供給を監視してエネルギーを節約するマイクロコントローラーで構成されています。マイクロコントローラーは、温度、周囲光、振動、加速度、気圧などのさまざまな物理的または化学的刺激を測定するセンサーの 1 つからの信号を読み取ります。信号を受信すると、データを処理してメモリに保存します。

また、マイクロコントローラーは光受信機を制御して、誰かによる通信信号をチェックします。これらの通信信号は、他のモートからの新しいプログラムまたはメッセージで構成されます。これらのメッセージに応答して、またはマイクロコントローラーは自らの主導で、コーナー キューブのレトロリフレクターまたはレーザーを使用して、センサー データまたはメッセージをベース ステーションまたは別のモートに送信します。

関連項目: バイオテクノロジー: ジャーニー フロムその起源と現在 – インフォグラフィック

スマート ダストの利点:

スマート ダスト テクノロジーには、生態学的研究、組織内の在庫管理、組織内のさまざまな機能に至るまで、幅広い業界に革命をもたらす可能性のある多くの潜在的および実際の利点があります。

インフラストラクチャとシステムのコストが削減されます。

従業員の工場生産性の向上に役立ちます。

安全性、効率性、コンプライアンスが向上します。

これにより、農家はより適切に時間管理できるようになります。

作物のニーズを考慮することで、施肥管理の改善に役立ちます。

その他の利点としては、機器の状態監視、資産監視、機械制御、プロセスの監視と制御が挙げられます。

Smart Dust の欠点:

直面している最大の課題はプライバシーの問題であり、適切に処理する必要があります。

特定の用途では、有害な環境問題を引き起こしています。

スマート ダスト設計のセンサーは非常に高価であり、

企業が放射性源からエネルギーを引き出すスマートダストを使用する場合、潜在的な不利な点が 1 つ生じる可能性があります。研究者らは有害な影響はないことを確認しているが、従業員が仕事を拒否する可能性がある。

スマート ダストの用途:

工場オートメーションと化学プラント – スマート ダスト モートは化学プラントのパイプ内に設置される可能性がある腐食の可能性を検出する

スマート ダスト モートは、サーバー ルームの温度監視にも使用できるため、エアコンの機能を制御できます。

環境と生息地の監視 – スマート ダスト モートには、大気中の汚染レベルを識別できるセンサーを組み込むこともできます。スマート ダスト モートを森林に落とすと、センサーが火災の可能性を警告します。

産業用センシング – スマート ダストは、回転機械や風洞など、有線センサーを設置できない産業で使用されます。

輸送ドメイン – スマートダストは、悪天候時の交通監視や道路標識の認識に大きなメリットをもたらす可能性があります。スマート ダスト モートはブロードキャスターとして機能し、悪天候や視界不良時にドライバーに前方の道路標識を認識させる信号を車のシステムに送信できます。

軍事センシング – スマート ダストは、安全性を維持するのに役立つ可能性があります。アクセスできないエリアでの敵の動きに目を光らせます。また、空気中の有毒物質や危険物質の放出もチェックします。

農業部門 – スマート ダストは、ブドウ畑全体の気温を監視するために農業部門で使用できます。霜を検出すると警告信号を送信し、損傷から身を守ることができます。モートには、土壌の pH と塩分濃度を監視および捕捉できるセンサーを組み込むこともできます。

結論:

スマート ダスト テクノロジーの用途と利点は次のとおりです。無限の。それは、人間の頭で考えられる生活のほぼすべての領域において、大きな利点となる可能性があります。基本的にアプリケーションの実用性をテストし、アプリケーションを可能な限り小さくするために、多くの研究が行われています。

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