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智能灰尘使用方式

想象一团云感应器, 每一粒沙子或更小, 由风吹向高空并转发暴风数据到下方天气站图片隐形传感器网络嵌入 智能城路边监控交通、路面损坏并识别可用车位-全实时或数十亿 纳米传感器分布于森林和有消防危险的其他地区以检测一开始就起火或设想可编程智能灰尘触发报警信号
智能灰尘指无线网络二兆位自主计算和感知平台不大于沙粒智能粉尘感知并记录环境数据,如光线、温度、声音、毒素或振荡的存在并无线向大计算机系统传输数据
智能灰尘是网络化未来视觉 智能网络数万亿小型传感器 持续感觉、品味、嗅觉、感知和听听智能灰网络是终极 Internet-of-Things设备
智能灰尘革命性,因为传感器小到可以放任何地方,即使在狭窄和困难区也是如此。另一大长处是这些装置工作时没有人干预,因为它们预先编程,尽管体积小,但有自己的电源
技术预期不仅监控建筑物控件、管道、工厂设备以及制毒过程,而且还将导致终端用户附近无所不在的自主人工智能计算,如认证、医疗程序及保健监控、感知跟踪、产业链监控和防御应用
智能灰尘装置虽不完全灰度大小,但研究者希望将这些装置缩小到微粒灰度穿透 纳米技术.
单用设备要经济可行,必须廉价(我们谈小便士或甚至分文),甚至比目前用来追踪仓库库存的无线电频率识别标签便宜。

智能灰尘如何工作和它做什么

智能灰尘网络中含有节点(称为Mote),将微小包件中的感知、计算、无线通信能力和自主电源综合在一起,体积几立米或甚至更少
智能灰尘基础 微电机系统或MEMS.MEMS由机械组件(levers、springs、membranes等)和电气组件(restics、电容器、感应器等)组成,作为传感器或启动器工作未来,随着制造技术的进步,这将进一步缩小到NEMS-纳米电机系统
模数使用传统硅微构法构造,并可以在类似灰尘的环境中悬浮(即名称)。
mite接近微尺度齿轮链
密特小于1毫米接近微尺度齿轮链图片:Sandia国家实验室
可留空位收集环境数据,如光线、温度、压力、振荡、毒素的存在等,并无线传输数据到大型远程计算机系统-或视图计算能力而定直接处理数据采集点
智能感应器转回指令计算机后编译数据向厂主反馈或结果触发自动响应,例如拒绝楼温或减少水流
另外一个例子 DARPASIELD程序计划使用微尺度芯片跟踪验证 计算机芯片供应链防御应用目标是消除电子产品供应链中的伪集成电路,使仿造过程过于复杂耗时,无法实现成本效益SHIELD的目的是将NSA级加密、传感器、近场功能和通信合并成小芯片,小芯片可插入集成电路打包

智能灰尘概念原创

SmartDust是90年代由Dr.KrisPister同时任加州大学伯克利分校电气工程教授,作为部署智能无线传感器的简单方法
ister想象世界无所不在感应器可测量所有可测量之物立即思考环境应用如天气跟踪 新出现的挑战:移动网络支持SmartDust)
但不奇怪 是军方为开发智能灰尘提供动力和资金1992年DARPA资助PisterSmartDust项目研究 以PDF表示)
智能沙场传感器网络图
智能沙场传感器网络图解见DARPA智能灰尘项目赠款申请:千千位覆盖方圆的传感器节点由自主直升机交付跟踪车辆运动数小时/日并报告由手持接收器或直升机接收器盘问时现场视频叠加的信息

智能灰虫组件

简洁地说,每个字由四大设备类组成:传感器、电路、通信和供电在一个无线传感器节点中,从概念上看,它看起来像此图示:
系统设计无线传感器节点实例
系统设计无线传感器节点实例由三维打印函数包组成,内含数个墨喷打印传感器和天线电路板还用三维打印并装有包封的微电子来源:DOI/1102/admt.201700051
整体包装一个或多个MEMS或NEMS 传感器执行mote主要感知目的检测测像振动、温度、压力、声音、光电磁场等 电路连接传感器并处理存储数据 通信理想式由发报机和三维天线组成,确保所有方向均匀辐射,从而使定向敏感通信成为可能 供电全片视操作区而定,可以是太阳电池阵列或某种薄膜电池或超电容
整包看起来像这个
系统设计无线传感器节点实例
上方示例中的立方维度为每侧21毫米,它展示智能灰尘图基本概念和构件架构不可避免微量化最终将导致这些设备子微量尺度
多举两个例子说明微小化如何引向极小组件
3D显微镜系统
系统设计无线传感器节点实例
扫描电子显微镜六角镜组双镜头系统直径120微米,高度128微米比例栏100微米来源:DOI 10.1038/NPHOTON.2016.21
研究者展示出完全工作多镜头目标约100微米,约等于盐粒大小,可能导致智能灰尘带自主视觉镜片显示前所未有性能和高光学质量,分辨率为每毫米500行双用于成像应用
灰度供电
小微电子组件子数程中越小能源存储设备,在技术上面临重大挑战。研究者设法持续缩小体积,像这个例子 nanosupercapacitor显示-它大小一小块灰可打包AA电池电压
系统设计无线传感器节点实例
90管超电容指尖各存1纳米升(0.001毫米)3可交付1.6V供应电压

神经智能灰尘

归根结底,这个应用比远一点,但由研究者积极研究并再次由军方通过DARPA率先 电气处方程序.
研究者开发出安全度适量无线装置,可植入个体神经中,能检测人体深处神经和肌肉电活动,并使用超声波连接和通信称这些设备 神经尘.
神经尘传感器仅由三大部分组成:一对电极测量神经信号,定制晶体管放大信号,以及一压电晶体晶体,实现将外部生成超声波机械电流转换为电源并传递记录神经活动双重目的
研究者虽然尚未联网,但已经展示可行性 将计算机芯片插入单片.可想而知, 何去何从.

现状与挑战

研究者一直在处理的主要挑战是小脚印上缺少足够电力和难以将电源系统整合入这些高容量设备中电池存储密度技术没有遵循摩尔法则缩放趋势,IoT系统需要依赖热电源、振动源、光波或无线电波等外部源电转换
纳米电子学和打包技术演化时,现在也许是我们开始重新思考解决这些问题的办法并逐步建立比原拟型强小计算机系统的适当时机。
能力整合各种纳米电子芯片-如处理器、存储器和光电- 太阳能智能灰尘释放大规模制造高性能超低成本集成系统的潜力

智能灰尘应用

广博智能灰尘应用无法单列文章提供详解取下文几大领域
  • 农林持续监控作物营养需求、水化、肥化和虫害控制贵重信息可帮助提高作物质和量也可以记录土壤条件,如pH、肥力、微生物侵扰,即对植物生长至关重要的信息
  • 产业界持续筛选基本设备,促进维护行动评估机器确切状况、弱点和腐蚀可防止系统完全故障
  • 环境.化学和生物环境监测解决健康和安全问题(水、空气、土壤)。比方说流水智能灰尘可检测本地化学响应,此动画显示
    系统设计无线传感器节点实例
    模拟氢分解并吸附于表面智能灰尘(单片金纳米粒子)报告本地化学环境的变化来源:斯文海因第四物理学院斯图加特大学
  • 城市基础设施:对建筑物、道路、桥梁、隧道、水管和下水道、电电网的监测将成为整体概念的一部分智能城市.智能灰尘可能已经在建设期间嵌入混凝土
  • 库存管理跟踪从制造厂到零售架通过运输设施(轮船到卡车)的产品将确保严格库存控制
  • 医学诊断上方见神经智能尘
  • 运输部门智能灰尘运输易腐货物,因为这些材料需要持续监控运输易腐化物时,温度、湿度和扰动等某些参数必须持续监控智能灰尘帮助监控动物健康并控制温度、空气和湿度等安全运输必备条件
  • 军事应用:帮助边远或交通不便区获取活动还可判定有毒气体或有害物质的存在并帮助采取必要行动战地传感器网络
  • 空间探索天气地震监控太阳系中的行星和卫星科学家们也在探索全新式空间望远镜孔径成群粒子从罐子释放并受激光控制NASA创新高级概念程序正在资助第二阶段“轨道彩虹项目”,该项目试图综合空间光学和智能dust或自主机器人系统技术

    • 智能灰尘风险和关注

    大规模应用智能灰尘会带风险网
    隐私.许多人对智能灰尘现实意义持保留态度,智能灰尘装置变小以至于我们肉眼看不见,因此极难检测可编程记录感应器所能记录的一切(非自然地说,人们开始自发携带设备实现完全实现这一点)。可能你不知道谁收集资料 和他们用它做什么智能灰尘落入坏人之手后,你的想象力可能会对隐私的负作用疯狂运行
    控件.数以十亿计智能灰尘装置部署于一带后,必要时难以取或捕捉视之小 检测它们将具有挑战性 if you'ren't relearn of these智能灰尘量可能由流氓个人、公司或政府参与伤害,
    成本计算.与新技术一样,安装智能粉尘系统的成本高,其中包括卫星和完全实现所需的其他元素。成本下降前 技术对许多人来说是遥不可及
    污染.智能灰尘基本为单用设备除非完全可生物降解,问题产生后,它们是否会污染使用区(土壤、空气、水)。
    卫生.智能灰尘粒子缩到纳米尺度后,它们的风险剖面与纳米粒子总体相匹配,并伴有吸入或摄取这些粒子的潜在健康风险
    法律问题.智能灰尘网络生成的安全保护信息缺失不仅引起隐私问题,而且第三方可不经授权访问网络(即黑客),信息可用于非法目的
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