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に着想を得て、ナノテクノロジーの概念を設計に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 デザインのアプリケーションの 1 つであるスマート ダストというもう 1 つのテクノロジーについて説明します。ナノテクノロジーにおけるスマート ダストは、ワイヤレスの微小電気機械センサー (MEMS) を搭載し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、計算能力、双方向無線通信技術、および電源から構成される大量のミリ単位の自己完結型マイクロ電気機械デバイスが、スマート ダストを形成します。

これらの単一のデバイスは、個別にモートと呼ばれます。これらの数千のモートは、まとめてスマート ダストとして知られています。ほこりの粒子のような小さなモートを場所の大気中に広げて、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ことができます。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、ほぼすべての分野に応用されています。

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:

1. センサー
2. 光検出器レシーバー
3. コーナーキューブレトロリフレクター付きパッシブ送信機
4. レーザー ダイオードとビーム ステアリングを備えたアクティブ トランスミッタ
5. 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
6. 太陽電池と厚膜電池からの電源

画像ソース:researchgate.net

スマート ダスト モートは、ダスト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、およびエネルギー管理技術における進化的かつ革新的な進歩の両方を使用する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、および電源の設計に使用されてきました。マイクロエレクトロニクスは、低消費電力で優れた機能を提供するために使用されます。

スマート ダスト モートは、アクティブとパッシブの 2 種類の送信で構成されます。アクティブ伝送では、デバイス間通信にレーザー ダイオードと可動ミラーを使用します。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に使用されます。

スマートダストの動作原理:

各スマート ダスト モートは、実行するタスクを決定し、エネルギーを節約するために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。

マイクロコントローラはまた、光受信機を制御して、誰からの通信信号もチェックします。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、または独自のイニシアチブで、マイクロコントローラーはセンサー データまたはメッセージを、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基地局または別のモートに送信します。

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、都市部および軍事内のさまざまな機能に至るまで、幅広い業界に革命を起こす可能性のある多くの潜在的かつ実際の利点があります。 .

1. インフラストラクチャとシステムのコストを削減します。
2. 従業員が工場の生産性を向上させるのに役立ちます
3. 職場の安全性、効率性、コンプライアンスを向上させます
4. 農業従事者の時間管理が改善されます。
5. 作物のニーズを考慮して施肥管理を改善するのに役立ちます。
6. 組み立て時に発生する不良品の量を最小限に抑えます。
7. その他の利点は、機器の状態監視、資産の監視、機械制御、プロセスの監視と制御です。

スマート ダストの欠点

1. 直面している最大の課題は、適切に処理する必要があるプライバシーです。
2. 特定のアプリケーションで環境に悪影響を与える問題が発生しました.
3. スマート ダスト設計のセンサーは非常に高価であるため、システムのコストが高くなります。
4. 企業が放射能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、1 つの潜在的な不利益が生じる可能性があります。研究者はそれが有害な影響を及ぼさないことを確認していますが、従業員は仕事を拒否する可能性があります.

スマートダストの応用:

1. ファクトリ 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配置して、パイプ内で発生している可能性のある腐食を検出したり、化学物質の偶発的な放出をチェックしたりできます。

スマート ダスト モートは、サーバー ルームの温度の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。

2. 環境と生息地の監視 – 大気中の汚染レベルを特定できるセンサーを備えたスマート ダスト モートを構築することもできます。スマート ダスト モートを森に落とすと、センサーが火災の可能性を警告してくれます。
3. 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。
4. トランスポート 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、車のシステムに信号を送信して、悪天候や視界不良のときに前方の道路標識をドライバーに知らせることができます。
5. ミリタリー センシング – スマート ダストは、アクセスできないエリアで敵の動きを監視するのに役立ちます。また、空気中に有毒で危険な物質が放出されていないかどうかもチェックします。
6. 農業部門 – スマート ダストは、農業部門でブドウ畑全体の気温を監視するために使用できます。霜を検出すると警告信号を送信して、損傷から保護することができます。モートは、土壌の pH と塩分を監視および取得できるセンサーを使用して構築することもできます。

結論:

スマートダスト技術の用途と利点は無限です。それは、人間の心が考えることができる生活のほぼすべての分野で大きな利点があることが証明され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できるだけ小さくするために、多くの研究が行われています.