Американские учёные сделали важный шаг к созданию «сообразительной» пыли, которая, в свою очередь, является ещё одним шагом к созданию микророботов. Да-да, шаг к шагу. Ума у пылинок пока немного, но вполне достаточно, чтобы играть роль детекторов. Познакомимся со «Smart Dust» поближе.

«Умные» микроскопические частички сфабриковала группа исследователей под руководством профессора химии и биохимии Майкла Сэйлора (Michael Sailor) из университета Калифорнии в Сан-Диего (University of California, San Diego — UCSD).

«Эти пылинки — ключ к разработке роботов размером с песчинку. В будущем можно будет создать миниатюрные устройства, передвигающиеся в крошечных средах, вроде вен или артерий, к определённым целям, обнаруживать там химические или биологические составы и передавать информацию о них во внешний мир, — заявил Сэйлор, отчего-то не стремящийся называть свою работу нанотехнологиями.

— Такие устройства могли бы использоваться, чтобы контролировать чистоту питьевой или морской воды, обнаруживать опасных химических или биологических агентов в воздухе и даже находить и уничтожать повреждённые клетки в организме человека».

Профессор Сэйлор родился в 1961 году в Калифорнии.

Создание «умной» пыли – это комбинация электрохимического процесса механической обработки и химических модификаций. Вначале берётся кремниевый чип, из которого гравировкой химикатами получается пористая фотонная структура. Затем эта структура модифицируется, чтобы получилось цветное двустороннее зеркало – красное с одной, зелёное с другой. Наподобие светофора.

«Сообразительные» частички облепили каплю масла. Всё понятно — это масло (фото UCSD).

Стороны пористой зеркальной поверхности учёные наделили практически противоположными свойствами. Одна — гидрофоб, то есть водоотталкивающая, но «любящая» маслянистые вещества, другая — гидрофил, привлекательная для воды. Вот такой получился кремниевый чип.

После того, как зеркальный чип разрушается ультразвуком, от него остаются микроскопические частички диаметром с человеческий волос. И каждая часть теперь — крошечный датчик. Семейство самоорганизующихся сенсоров.

Схема получения пыли из кремниевого чипа (иллюстрация UCSD).

При появлении воды пылинки начинают себя вести подобно избушке на курьих ножках, «гидрофилической» красной стороной поворачиваясь в воде, а зелёной «гидрофобической» к воздуху. Когда же в «игру» вступает маслянистое (нерастворимое в воде) вещество, частички окружают каплю, прижимаясь к ней «гидрофобической» стороной.

«Smart Dust» в пузырьке (фото АР).

Ну, а поскольку стороны разноцветные, по окраске можно определить, что творится в этой «пыльной» среде. По словам Сэйлора, частицы могут быть запрограммированы на миллионы всевозможных реакций, что даёт возможность обнаружить присутствие тысяч химикалий одновременно.

Длины волн света или цвета, отражённого от поверхностей пылинок после того, как поры отреагируют на химического или биологического агента — это своего рода штрих-код.

В то время как каждая частичка слишком мала, чтобы по её цвету определить изменения, коллектив из сотен или тысяч пылинок уже достаточно заметен для лазера с 20 метров.

Структура пылинок при самом ближайшем рассмотрении (иллюстрация UCSD).

В UCSD поставили себе цель разглядеть изменения с расстояния в километр.

Микроробот - это механизм, размер которого исчисляется миллиметрами, а то и микронами. Одиночный микроробот, как и один муравей, практически ни на что не способен. Однако множество их, собранных в одном месте, становится похожим на семью из миллиардов тропических муравьев, уничтожающих все живое на своем пути. Объединенная сила множества слабых существ может воплотить в жизнь концепцию "умной пыли", которая, строго говоря, позаимствована из повести Станислава Лема "Непобедимый" и еще недавно рассматривалась как дело далекого будущего (см. "Наука и жизнь" № 11, 1998 г.). Один из возможных способов ее применения, который придумали американские военные, - поражение танков противника: облако микророботов, несущих заряд, окутывает бронированную машину и взрывается. Впрочем, у роботов могут быть и мирные задачи, например исследование околоземного пространства с помощью стаек микроспутников.

При этом возникает сложная проблема: как одновременно управлять множеством механизмов. "Представим себе, что десятками тысяч роботов нужно управлять из одного центра, - говорит доктор технических наук Игорь Каляев из НИИ многопроцессорных вычислительных систем при Таганрогском государственном радиотехническом институте. - Там должен стоять мощный сверхкомпьютер, способный отследить положение каждого робота и дать ему инструкцию. Это требует огромных затрат времени, а кроме того, весьма небезопасно: управляющий центр может выйти из строя. Значительно проще дать возможность каждому роботу принимать самостоятельные решения и координировать свои действия с действиями соседей".

Исследователи из Таганрога построили математическую модель, позволяющую понять, как следует управлять облаками микророботов с тем, чтобы они одновременно двигались к разным целям. Эта работа была доложена на Международном симпозиуме по микророботам, микромашинам и микросистемам, который проходил в Москве, в Институте проблем механики РАН 24-25 апреля этого года.

Алгоритм действия, придуманный отечественными исследователями, таков. Сначала роботы образуют единое облако. Ему сообщают координаты целей. Каждый робот, зная свои координаты и координаты целей, выбирает ближайшую цель и принимает решение, стоит ли к ней двигаться. Для этого он узнает, сколько роботов уже направилось к этой цели. Если их число вполне достаточно, он начинает искать другую цель или остается в резерве. Если - нет, принимает решение об атаке, о чем и оповещает соседей. Так облако весьма быстро распадается на фрагменты, кластеры, которые перемещаются к своим целям.

"Процесс кластеризации необходимо периодически возобновлять, - уточняет Игорь Каляев. - Это нужно, чтобы учесть изменения оперативной обстановки. Например, если какой-то робот выбыл из игры, облако должно об этом узнать и быстро заменить его резервным. Точно так же нужно учитывать изменения координат цели - она может слишком сильно удалиться от каких-то роботов кластера. Значит, нужно будет к нему подтянуть дополнительные силы".

Компьютерное моделирование показало, что предложенный подход очень эффективен, а алгоритм принятия решений микророботами столь прост, что его легко воплотить в маленьких электронных мозгах этих миниатюрных созданий. Кроме того, вся процедура оказывается чрезвычайно гибкой, способной быстро учитывать и потери микророботов, и изменения в поведении целей.

Сегодня, в начале XXI века, интервал времени между созданием теории и ее воплощением в жизнь резко сократился. И возможно, что уже через несколько лет мы узнаем о первых облаках "умной пыли", которые, следует надеяться, станут выполнять только мирные задачи.

Представьте мир, где беспроводные устройства размером с кристалл соли. Эти “лилипуты” оснащены автономным питанием и вычислительными мощностями. Кроме того, есть камеры и механизмы для беспроводной передачи данных. Такие микроэлектромеханические системы (MEMS) называются умная пыль. И скоро они могут “распорошиться” по соседству. Разбираемся, что это и где применяют “пылинки”.

Что может умная пыль

MEMS оснащены миниатюрными датчиками, которые могут уловить все — от колебаний света до вибрации температур. Из-за миниатюрности устройства могут оставаться подвешенными в пространстве, как частички пыли. Они могут:

• собирать огромные массивы данных, в том числе ускорение, напряжение, давление, влажность, звук и другое;
• обрабатывать все это с помощью встроенного компьютера;
• хранить data в памяти;
• передавать информацию по беспроводной связи в облако, базу или другим “пылинкам”.

3D-печать в микромасштабе

Печатать компонентов пыли на коммерчески доступном 3D-принтере сделает технологию доступной. Ранее мы подробно рассмотрели и применение технологии в разных сферах жизни человека.

Оптические линзы миниатюрных датчиков позволят получить изображения сверхвысокого качества. Сейчас мы даже не можем представить его.

Практическое применение умной пыли

Потенциал умной пыли в сборе информации об окружающей среде с невероятной детализацией повлияет на множество вещей. Это как умноженная на миллиарды технология Интернета вещей (IoT). Вот лишь несколько примеров практического применения умной пыли.

• Тщательное наблюдение за с/х культурами, чтобы определить потребность в поливе, удобрении и борьбе с насекомыми.
• Мониторинг оборудования, чтобы вовремя его обслуживать.
• Определение недостатков и коррозии еще до сбоя системы.
• Наблюдение за людьми и продуктами в целях безопасности.
• Измерение всего, что можно измерить. И практически везде.
• Контроль доставки продуктов от производителя до магазина, включая транспортировку любым способом.
• Применение в медицине: диагностика без хирургического вмешательства. А еще — контроль устройств, которые помогают людям с ограниченными физическими возможностями взаимодействовать с инструментами, что помогают им жить самостоятельно.
• Исследователи Калифорнийского университета в Беркли опубликовали статью о потенциале умной пыли. Если ее имплантировать так, чтобы она “припорошила” мозг, то можно получить обратную связь о его функциональности.

Чем опасна умная пыль

Все еще остаются проблемы, которые тормозят массовое применение умной пыли. Вот несколько из них.

Конфиденциальность

Эксперты обеспокоены проблемами конфиденциальности MEMS. Смарт устройства могут записать все, на что их запрограммировали. Из-за миниатюрного размера их сложно обнаружить. И тут можно включить фантазию на тему: что если умная пыль попадет в чужие руки…

Контроль

Миллиарды умных пылинок легко разлетаются над выбранной областью. А собрать их воедино при необходимости — задание не из легких.

Учитывая размер, обнаружить пылинки сложно. А все частицы из “распорошенных” — и подавно. К тому же, даже небольшое количество “невыявленных элементов” продолжит “сливать” информацию.

Стоимость

Это новая технология. Поэтому затраты на ее внедрение очень высоки. Пока стоимость не снизится, умная пыль будет недоступна для многих.

Умная пыль уничтожить мир?

Технология MEMS может быть разрушительной для экономики и мира в целом. Так считают те, кто с 1992 года занимался ее разработкой. Эту же мысль поддерживают крупные компании, которые инвестировали в исследования. Среди них — General Electric, Cargill, IBM, Cisco Systems.

Поэтому важно убрать все “опасные” моменты, чем “распорошить” повсеместно умную пыль.

Понятие умной пыли (smartdust) ввел Кристофер Пистер из Калифорнийского университета Беркли в 2001 году.

Не совсем привычным для высоких технологий термином «умная пыль» называются миниатюрные сенсоры, которые обладают возможностями вычислений и беспроводной связи, а также памятью для хранения данных и чувствительными элементами для измерения параметров окружающей среды.
«Умная пыль» прекрасно подходит для организации беспроводных сетей, в которых узлы связываются друг с другом по мере надобности. Такая сеть обладает распределенными вычислительными возможностями, полоса пропускания сети растет с ростом ее размеров. Помимо собственно сенсоров, сенсорные сети включают в себя и некоторое количество «шлюзов». Последние нужны для того, чтобы собирать, обрабатывать и направлять дальше информацию с окружающих их сенсоров. На первом этапе развития концепции «умной пыли», создатели сенсоров усиленно стремились к уменьшению их размеров. Однако, опыт их внедрения показал, что миниатюризация не всегда приветствуется в промышленности. Поэтому первые образцы «умной пыли», созданные корпорацией Intel, представляют собой платы размером 3 х 3 см.
Еще одно, уже реализованное применение новых сенсоров, – контроль за системами водоснабжения. Сенсоры устанавливаются на водопроводных трубах и сигнализируют о дрожании трубы, о влажности окружающей среды специальному шлюзу, расположенному где-то на фонаре или на доме в пределах досягаемости беспроводной связи сенсоров. Энергопитание сенсоров – от батареек, а шлюзов – от сети. В Бостоне такая сеть уже успешно эксплуатируется.

Сейчас создается второе поколение сенсоров «умной пыли». В их основе — 32-битный процессор XScale, а для сжатия информации используется специальный процессор, так же как и для обеспечения безопасности. Размеры новых сенсоров меньше, чем у предыдущего поколения почти в два раза. В новых сенсорах – большая RAM и FLASH-память и они могут работать на основе операционной системы Linux. Кроме этого, они обладают высокоскоростными возможностями ввода информации, например, с видеокамер.

Отдельное направление исследований – вопрос энергопитания. Есть, например, проекты питания сенсоров от солнечных батарей размером 10х10 см. Исследуются возможности преобразования вибрации механизмов в электроэнергию. С помощью сенсоров нового поколения планируется реализовать свою идею «проактивных, или упреждающих вычислений».
До сих пор компьютеры делают только то, что им говорит человек. А вот в будущем, наши ПК будут сами предугадывать наши потребности и самостоятельно действовать в наших интересах. Компьютер будет анализировать текущую обстановку, производить упреждающие вычисления и предлагать нам те или иные варианты возможных дальнейших действий, а в ряде случаев даже будет действовать сам, освобождая нас от необходимости совершения рутинных процедур.

Сенсорные сети, состоящие из множества самостоятельных миниатюрных автономных устройств, обладающих возможностями беспроводной связи, будут способны самоорганизовываться в сети и взаимодействовать друг с другом и с «центром», обладая при этом внушительным запасом надежности.

Умная пыль для войны

Концепция «умной пыли» позаимствована из повести Станислава Лема «Непобедимый» и еще недавно рассматривалась как дело далекого будущего. В ее основе лежит идея микроробота — механизма, размер которого исчисляется миллиметрами, а то и микронами. Одиночный микроробот, как и один муравей, практически ни на что не способен. Однако множество их, собранных в одном месте, становится похожим на семью из миллиардов тропических муравьев, уничтожающих все живое на своем пути.

Один из возможных способов ее применения, который придумали американские военные, — поражение танков противника: облако микророботов, несущих заряд, окутывает бронированную машину и взрывается. Либо физическое уничтожение сил противника с помощью микрозарядов взрывчатки. Будучи сброшенными с самолета (естественно, беспилотного) облако само автоматически ищет цели, разделяется на кластеры необходимого для их поражения размера, облепляет их, проникнув в незащищенные места, синхронно подрывается. Получившийся объемный взрыв сжигает системы управления техникой и опустошает самые защищенные бомбоубежища с максимальной эффективностью, недоступной обычным видам вооружения.

Более мирное применение, к примеру, разведка местности и шпионаж, требует гораздо более сложных программных алгоритмов и возможности использования сложных средств наблюдения и связи. Поэтому, по прогнозам специалистов, оно станет осуществимо с помощью умной пыли не ранее, чем в 2014-2017 гг. Сценарий действий здесь будет следующим. Распыленное в окрестностях важного объекта облако незаметно перемещается в его сторону, попутно выбирая оптимальные места для размещения специализированных субоблачков. Облако видеонаблюдения, каждая пылинка которого представляет собой отдельный пиксель матрицы с интерфейсом связи с соседями, стремится занять лучшую позицию для большего обзора пространства. Жучки (или, возможно, «мошки») устанавливают контроль за звуками. Самая сложная часть, передача информации в штаб разведки, в ближайшее время вряд ли сможет обойтись без засылки агента с устройством, считывающим ее как в современных RFID-системах.

А что в России?

В апреле 2007 года руководитель наноцентра Московского энергетического института Андрей Алексенко сообщил о ведущихся в России разработках нанооружия. По его словам, главное достоинство этого оружия в том, что «против него нет другой защиты кроме нанозащиты». Суть работы над ним российских ученых он не стал уточнять, сославшись на секретность разработок.
России для обеспечения национальной безопасности необходимо заниматься разработкой нанотехнологий двойного назначения. По его мнению, подобные разработки помогут в охране границ, а также защите от техногенных катастроф. Наконец, так называемая «умная пыль» — это полное обследование территории, но это возможно только при развитии современной микро- и наноэлектроники.

В свою очередь Путин, еще будучи президентом, поручал в 2007 году первому вице-премьеру правительства Сергею Иванову контролировать правильность расходования государственных средств, выделяемых на развитие наноиндустрии. «Это то направление деятельности, на которое государство не будет жалеть никаких средств», — заявлял президент, выступая на совещании в научном центре «Курчатовский институт».

Путин тогда еще подчеркнул, что государство «предоставляет большие деньги» на эти цели, и «нужно их вкладывать так, чтобы они использовались эффективно и давали отдачу». «Очень важно также знать цели», — отметил Путин и далее сам перечислил их: «Нанотехнология, безусловно, будет ключевой отраслью для создания сверхсовременного и сверхэффективного как наступательного, так и оборонительного вооружения, а также средств связи».

В Британии объединили в рой 50 устройств.

Свои разработки в это области представили недавно британские ученые. Их научный интерес сосредоточился в области исследования иных планет: «умные» устройства размером с песчинку, которые будут разлетаться по ветру, могут помочь, в частности, в изучении Марса.
Такие устройства будут представлять собой компьютерный микрочип, покрытый пластиковой оболочкой, которая сможет менять свою форму при подаче электрического импульса и таким образом двигаться в направлении, определенном оператором. Электронную «пыль» можно помещать в носовую часть космических зондов и выпускать в атмосфере других планет, где они будут разноситься ветром.

С результатами разработок в этой области эксперты из университета Глазго в Шотландии познакомили коллег на собрании Национальной ассоциации астрономов. Доктор Джон Баркер, профессор Центра исследований в области наноэлектроники в Глазго, говорит, что при помощи беспроводных сетей из таких микроустройств радиусом в миллиметр можно будет в случае необходимости формировать рои. По словам Баркера, чипы подходящего размера и устройства существуют уже сегодня.

Если при помощи определенного электрического заряда полимерную оболочку такого устройства «сморщить», то пылинка станет подниматься выше, а если расплющить, то она пойдет вниз. А беспроводные сети позволят сбивать микроустройства в «стаи», и доктор Баркер с коллегами создали математическую модель этого процесса.

«Мы убедились в том, что большинство частиц могут «разговаривать» только с ближайшими соседями, но когда их много, они могут общаться на куда больших расстояниях, — объяснял шотландский ученый. — В ходе моделирования мы добились объединения 50 устройств в единый рой — и сумели это сделать, несмотря на сильный ветер».

Ученые уже продемонстрировали возможности «умной пыли», в которой — в объеме несколько кубических сантиметров — умещаются датчики, источники энергии, устройства цифровой связи и сетевые ячейки. Но если их применять для исследования других планет, то им нужны будут сенсоры, а нынешние химические сенсоры слишком велики, чтобы уместиться в летающую электронную «песчинку». Исследователи надеются, однако, что уже в ближайшие десятилетия появятся датчики куда меньших размеров.

В апреле 2007 года Джон Баркер изучил возможность исследования поверхности Марса с помощью множества миниатюрных беспроводных датчиков, «умной пыли», которые могут перемещаться по поверхности от одной точки к другой, изменяя свою форму. Д-р Баркер разработал компьютерную модель, с помощью которой рассматривал перемещение 30 тыс. миниатюрных датчиков по поверхности Марса. Каждый прибор в модели мог определять свое местоположение, а также изменять свою форму, меняя гладкую поверхность на неровную и наоборот. Датчики гладкой формы легко могут подхватываться и переноситься марсианским ветром, а, приобретая неровную форму, они снова попадают на поверхность Марса за счет увеличения сопротивления среды. Таким образом, изменяя форму приборов, можно управлять их движением. Результаты расчетов показали, что около 70% датчиков смогут успешно преодолеть заданный маршрут длиной 20 км.

Между тем, межпланетные исследования — далеко не единственная сфера применения «умной пыли». В числе других может быть использование микроустройств для сбора информации на поле боя или их внедрение в цемент с тем, чтобы изнутри наблюдать за «здоровьем» мостов, зданий и других сооружений.

Русское решение.

Впрочем, у роботов могут быть и мирные задачи, например исследование околоземного пространства с помощью стаек микроспутников. При этом возникает сложная проблема: как одновременно управлять множеством механизмов. Представим себе, что десятками тысяч роботов нужно управлять из одного центра. Там должен стоять мощный сверхкомпьютер, способный отследить положение каждого робота и дать ему инструкцию. Это требует огромных затрат времени, а кроме того, весьма небезопасно: управляющий центр может выйти из строя. Значительно проще дать возможность каждому роботу принимать самостоятельные решения и координировать свои действия с действиями соседей.

Алгоритм действия, придуманный российскими исследователями из Таганрогского радиотехнического института в 2003 году, таков. Сначала роботы образуют единое облако. Ему сообщают координаты целей. Каждый робот, зная свои координаты и координаты целей, выбирает ближайшую цель и принимает решение, стоит ли к ней двигаться. Для этого он узнает, сколько роботов уже направилось к этой цели. Если их число вполне достаточно, он начинает искать другую цель или остается в резерве. Если — нет, принимает решение об атаке, о чем и оповещает соседей. Так облако весьма быстро распадается на фрагменты, кластеры, которые перемещаются к своим целям.

Процесс кластеризации необходимо периодически возобновлять. Это нужно, чтобы учесть изменения оперативной обстановки. Например, если какой-то робот выбыл из игры, облако должно об этом узнать и быстро заменить его резервным. Точно так же нужно учитывать изменения координат цели — она может слишком сильно удалиться от каких-то роботов кластера. Значит, нужно будет к нему подтянуть дополнительные силы.

Компьютерное моделирование показало, что предложенный подход очень эффективен, а алгоритм принятия решений микророботами столь прост, что его легко воплотить в маленьких электронных мозгах этих миниатюрных созданий. Кроме того, вся процедура оказывается чрезвычайно гибкой, способной быстро учитывать и потери микророботов, и изменения в поведении целей.

США уже активно испытывают «умную пыль».

Разработками так называемой «умной пыли» занимаются и в США. Еще в 2002 году директор исследовательского отдела Intel в Калифорнийском университете в Беркли Ганс Малдер сообщил, что они представляют собой «микроскопические устройства-сенсоры с автономным питанием, обладающие функцией беспроводной связи». По его словам устройства уже существуют и более того, проходят испытания.

В будущем тысячи этих дешевых беспроводных сенсоров, размещенных в самых различных местах, будут самостоятельно объединяться в сети и работать от встроенных источников питания в течение нескольких лет. Пока же сенсорные сети могут состоять всего из нескольких сотен «пылинок», поскольку эти устройства остаются слишком дорогими, а длительность их работы исчисляется всего несколькими днями. По словам Малдера, главным препятствие к массовому распространению сенсорных сетей является дороговизна источников питания, которые обходятся примерно в $150.

Американские военные планируют потратить миллиарды долларов на внедрение в практику «умной пыли». Как они считают, дело того стоит - сброшенная на территорию противника «умная пыль», состоящая из нанороботов, способна нанести врагу великий урон. Роботы будут воспроизводить себе подобных из подручного материала и шпионить, передавая информацию в главный компьютер, а по команде из Центра пойдут в наступление: проникнут в тела вражеских солдат (убивая их или просто обездвиживая), остановят любой двигатель, переориентируют любой сигнал или же просто взорвутся, уничтожая технику и живую силу на огромной территории. Малдер сообщил, что американские ученые разработали несколько сенсорных сетей на принципе «умной пыли». Одна сеть проходит «боевые» испытания в Афганистане, где вооруженные силы CША разместили несколько тысяч сенсоров с целью отслеживания передвижений боевой техники. Другая сеть используется на острове Дикой утки в штате Мэн, где с ее помощью ученые изучают миграцию буревестников, еще одна — в составе системы симулятора землетрясений в Беркли.

«Умная пыль» уже в продаже

Компания Dust Networks, техническим директором которой является Кристофер Пистер (Kris Pister), один из пионеров концепции «умной пыли» — распределенных сетей сверхмалых устройств, поддерживающих беспроводной обмен данными — представила рынке свой первый продукт. Первый тестовый комплект «умной пыли» под названием SmartMesh состоит из 12 миниатюрных устройств, называемых «пылинками». Цена всего комплекта, включающего сами устройства и ПО, составляет $4950 тыс.

Устройства связаны беспроводными линиями передачи и могут передавать данные с сенсоров, контролирующих температуру, скорость ветра, влажность либо иные параметры. Фактически они представляют собой беспроводные роутеры с батарейным питанием. С их помощью можно создавать, например, системы управления производственными процессами либо охранные системы. Скорость обмена данными у «пылинок» относительно низка, что позволяет обеспечить низкое энергопотребление и питание от автономных источников. Это, в свою очередь, позволяет существенно снизить стоимость эксплуатации систем на их основе, поскольку отпадает необходимость в проводке сетей электропитания, а также обеспечивает беспрецедентную гибкость системы.
SmartMesh представляет собой «слой», позволяющий организовать обмен данными между двумя другими «слоями» — датчиками, с одной стороны, и информационной системой, в рамках которой они функционируют, с другой. Каждая «пылинка» представляет собой узел беспроводной сети обмена данными с ультранизким энергопотреблением. Передача данных осуществляется от узла к узлу, аналогично тому, как происходит передача пакетов в сети интернет — за исключением того, что в системе умной пыли применяется вместо TCP/IP, ставшего фактическим промышленным стандартом, иной протокол передачи данных. Еще одно отличие — в том, что разработана технология, позволяющая держать устройства в выключенном состоянии большую часть времени. «Если держать радио все время включенным, — резонно отмечает Крис Пистер, — батарейки протянут лишь считанные недели». Новая технология позволила добиться ошеломляющего результата — отдельная «пылинка» на батарейках АА без их замены может проработать три года. Программное обеспечение Business 2.0, поставляемое в комплекте с «пылинками», позволяет им самим организовать сеть и обеспечить столь низкое энергопотребление.

По мнению авторов разработки, по мере того как концепция «умной пыли» будет получать все более широкое распространение, производители станут оснащать датчиками буквально каждую деталь, устройство и каждое помещение, что откроет возможность контроля и управления за широким спектром технологических процессов или, к примеру, за энергопотреблением, в режиме реального времени. Это позволит, в частности, повысить эффективность производства, создать более надежные охранные системы (оснастить датчиками вибрации весь охраняемый периметр) и улучшить урожайность полей (разместив датчики влажности и кислотности в почве у каждого растения).
Воплощение идеи «умной пыли» в жизнь потребовало немалых инвестиций. Dust Networks на ее разработку получила в общей сложности более $7 млн. от таких компаний, как Foundation Capital, Institutional Venture Partners. Одной из них стала In-Q-Tel — венчурная компания, финансируемая ЦРУ. Данных о том, во сколько обойдутся заказчикам большие промышленные сети «умной пыли», Dust Networks пока что не приводит.

Недалекое будущее.

Вообще же, сценариев, в которых могли бы быть рационально использованы сенсорные сети, великое множество: от наблюдения за состоянием виноградника (влажность, температура, зрелость, наличие вредоносных насекомых) до полноценной системы обеспечения безопасности, которая сможет контролировать буквально все: от наличия нарушителей в подконтрольной зоне до мониторинга атмосферы на предмет радиации и ядовитых веществ. В идеале же в будущем сенсорами будет оборудовано все - от городских зданий и автомобилей до тела человека.

Американские физики открыли, что нанотрубка резонирует с радиополем. На базе этого они построили приемник, который может принимать сигналы извне на частоте порядка 300-400 мегагерц, то есть радиодиапазон трубки можно настраивать. Трубка служит и антенной, и приемником. Следующая задача для сенсорных сетей в перспективе – это их внедрение на микро- и наноуровне. В организм человека, в здание, в сооружение и так далее. Лет через десять нанотехнологии с нанопередатчиками войдут в нашу повседневную жизнь.

"Мыслящий тростник" — известное словосочетание, которое, характеризуя совокупный умственный потенциал человечества, сформулировал знаменитый французский философ, естествоиспытатель и писатель Блез Паскаль. Сегодня, похоже, для коллективного искусственного интеллекта американскими исследователями придумано новое схожее определение — "умная пыль"!

Заметим, что само понятие "умная пыль" — smartdust введено в научный обиход американским ученым Кристофером Пистером из Калифорнийского университета еще в 2001 году. Впрочем, еще до этого, а именно в 1992 году, в США под эгидой ДАРПА было создано бюро "Microsystems технологическое бюро" (МТО) целью которого являлось создание компактных микроэлектронных и фотонных устройств, таких как, например, микропроцессоры, а также различного рода микроэлектромеханических систем. Работы велись очень активно, в результате чего в Национальной лаборатории Сандиа в тех же 90-х годах была создана модель робота MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle), объемом всего лишь около одного кубического дюйма.

Дальше, как говорится — больше и уже в 2000 году его размеры удалось уменьшить в четыре раза! Причем, несмотря на свои размеры "машинка" имеет процессор с памятью 8 Кбайт, датчик температуры, микрофон, видеокамеру, химический сенсор. В дальнейшем планировалось оборудовать этого робота беспроводной связью, чтобы несколько таких микророботов могли бы объединяться для решения какой-нибудь общей задачи.

Ну, а нужна она, например, может быть для того, чтобы (как это предполагают американские военные) в виде облака окутать, скажем, танк, затем проникнуть через щели и неплотности внутрь машины, ну, а потом по команде взорваться! Добавив такие микродатчики в краску, которой окрашивают самолеты, мы получим возможность получать сведения о состоянии его поверхностей. А если они будут в краске внутри помещений, то они смогут сигнализировать о пожаре, задымлении и даже превышении объемов содержания углекислоты. Конечно, подобная краска будет существенно дороже обычной, так что ее использование в жилых помещениях дело не слишком-то и близкого будущего, но вот на атомных подводных лодках и электростанциях ее вполне можно применять буквально уже завтра — дело лишь за "малым" — создать такие микроустройства и обеспечить им питание. Кстати, образец, размером в один кубический миллиметр, снабженный сенсором температуры, движения и радиопередатчиком сигналов, уже существует. А что такое один миллиметр?!

Очень заманчиво, считает Джошуа Смит, руководитель Лаборатории сенсорных систем при Вашингтонском университете в Сиэтле, покрыть все вокруг такими датчиками и дать им команду отслеживать интересующие нас явления и объекты. Но тут встает проблема их энергетического обеспечения. Впрочем, над этой проблемой сегодня тоже работают, причем сразу в нескольких направлениях. Это могут быть и крошечные солнечные батареи, расположенные прямо на "спине" у этих крошечных роботов, и также термоэлектрогенераторы, преобразующие тепло в электрический ток.

Работы над "умной пылью" идут не только за границей, но и в России. В частности, ученые из Таганрогского государственного радиотехнического института создали математическую модель, позволяющую в принципе понять и как управлять облаками таких микророботов, и как они должны все вместе действовать, чтобы выполнить поставленную задачу. Первоначально они образуют единую массу, которая и получает задание от управляющего компьютера. Каждый робот, определяя свои координаты и координаты цели, прежде всего, узнает, сколько роботов находятся к ней ближе всего и достаточно ли их для выполнения полученной задачи. Если "да", то он ищет другую цель, если "нет" — то устремляется к объекту. Таким образом, из роботов формируются группы, каждая из которых будет выполнять свою задачу.

Красивое решение, что и говорить, вот только оно, как это очень часто бывает в науке, порождает уже совершенно другую проблему. Дело в том, что связь этих микропылинок с центром управления и друг с другом потребует огромных энергозатрат. Впрочем, выход вроде бы тоже уже найден, причем доктором Джоном Байкером из Центра наноэлектроники в Глазго. По его мнению, информацию от одного робота к другому можно передавать по цепочке, что существенно сократит расходы энергии.