Розумний пил: тисячі невидимих шпигунів навколо

Стрімкий розвиток нанотехнологій змінює все. І розумний пил являє собою новий крок у розвитку крихітних мікросхем.

Цей розумний пил являє собою бездротові мережі крихітних електричних схем, здатних автономно зчитувати, збирати та передавати дані про навколишнє середовище. Розробка цієї технології ведеться з кінця 90-х років минулого століття.

Вперше термін “розумний пил” був запропонований професором з Каліфорнійського університету у Берклі Крістофером Пістером у 1997 році. Початково Пістер описував бездротову мережу сенсорних вузлів. У наш час ці субміліметрові датчики вже працюють, фіксуючи температуру навколишнього середовища, вологість, освітленість, звук та навіть хімічний склад речовин. 

Окрім цього ці крихітні пристрої здатні проводити обчислення, підтримувати зв’язок та повідомляти інформацію про навколишнє середовище. Ці датчики працюють без джерела зовнішнього живлення, використовуючи світло, вібрації або електромагнітні поля.

Пристрої типу “розумний пил” можуть бути розгорнуті у великих кількостях та здатні масштабувати сферу застосування Інтернету речей (IoT) навіть у зменшених розмірах. Вони поєднують у собі електричні та механічні компоненти, а новітні версії збирають енергію за рахунок вібрацій або з повітря.

Ці пристрої працюють за тим же принципом, що й дверні дзвінки, розумні термостати або фітнес-трекери, що носяться, під’єднані до мережі для збору даних та передачі їх на короткі відстані до центрального вузла. Однак подібні крихітні технології вже виробляються у великих кількостях — від тисяч до мільярдів одиниць. 

Кожна порошинка являє собою окрему одиницю у мережі, маючи розмір менше одного кубічного міліметра, та містить вбудовані мікросхеми для вимірювання та обробки даних. У певному середовищі ці пристрої використовують радіочастотні прийомопередавачі для зв’язку. 

Вони використовують вбудовані джерела живлення, зокрема, товстоплівкові акумулятори або джерела збору енергії за рахунок сонячних елементів, теплову стабілізацію чи вібрації навколишнього середовища. Переважно вони вкриті захисними полімерами для захисту від агресивного впливу навколишнього середовища. 

За словами інженера з комунікацій у Каліфорнійському університеті Ренді Каца, який був одним з перших розробників цієї технології, ці пристрої особливо перспективні для виявлення хімічної зброї або розміщення у космосі. Сьогодні вони використовуються в дедалі більшій кількості областей, включаючи моніторинг довкілля, міську інфраструктуру, промислову автоматизацію, охорону здоров’я, військову оборону та сільське господарство.

Однією з ключових переваг цієї технології є її масштабованість та універсальність. Невеликий розмір датчиків забезпечує їхню непомітну інтеграцію майже у будь-яке середовище. Бездротова модульна конструкція дозволяє додавати або видаляти крихітні датчики в міру необхідності в залежності від сфери застосування. 

Це може включати в себе моніторинг життєво важливих показників в організмі людини або ж відслідковування роботи обладнання у мережах глобальних ланцюгів поставок, а також виявлення ранніх ознак стихійних лих. “Розумний пил” забезпечує збір даних у режимі реального часу в місцях, де традиційні датчики виявляються безсилими.

Адаптивність також робить ці датчики перспективним інструментом для підвищення ефективності, посилення безпеки, автоматизації повторюваних завдань та скорочення витрат на громіздку енергоємну інфраструктуру. Однак ця система також має і суттєві недоліки. Ці крихітні датчики безперервно збирають інформацію без відома і дозволу користувачів. Вони також не забезпечують надійного шифрування і несуть ризики порушення конфіденційності.

Можливості цих датчиків також обмежені джерелом живлення. Це, у свою чергу, значно скорочує термін їхньої служби та ускладнює обслуговування у важкодоступних місцях. 

Окрім цього керування великими обсягами даних, які зберігають ці датчики, потребує розвиненої інфраструктури, а ремонт самих пристроїв у суворих умовах — доволі складна задача. Оскільки ці пристрої важко виявити та контролювати, вони вразливі для кібератак і вимагають постійних оновлень безпеки для запобігання несанкціонованому використанню.

У 2022 році світовий ринок “розумного пилу” оцінювався в $114,64 млн, а до 2032 року, за прогнозами, він досягне $392,5 млн. Використання цих технологій у міських умовах покращує контроль дорожнього руху, контролює стан структур, оптимізує використання ресурсів та підтримує ініціативи щодо забезпечення сталого розвитку.

Для більш широкого впровадження цих технологій, як зазначають фахівці, необхідно ще подолати такі проблеми, як обмежене енергозабезпечення та енергоефективність. Після розгортання мікроскопічні датчики складно відстежити або вимкнути, що підвищує ризик збоїв, нецільового використання або несанкціонованого спостереження, якщо вони вийдуть за межі своїх функцій або потраплять до рук зловмисників.

Джерело: Interesting Engineering