НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
МОСКОВСКИЙ ИНЖЕНЕРНО ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
(НИЯУ МИФИ) «Умная» пыль для исследования космических объектов. Выполнил: Студент группы А4-11 Калитин И.В. Преподаватель:
Доцент Лапшинский В.А. Москва 2011 Содержание
Введение......................................................................................................................................3
"Умная пыль" - новая беспроводная технология.............................................................................3
«Умная пыль» из компьютерных микрочипов для межпланетных исследований................................6
Заключение...................................................................................................................................8
Словарь .......................................................................................................................................9
Список литературы ......................................................................................................................10
Введение
Мельчайшие компьютерные микрочипы, которые будут разлетаться по ветру, как частички пыли, могут помочь в исследовании иных планет, сообщает сайт bbc.co.uk.
А беспроводные сети позволят сбивать микроустройства в «стаи», и уже создана математическая модель этого процесса.
«Умная пыль» будут представлять собой компьютерные микрочипы, покрытые пластиковой оболочкой, которая сможет менять свою форму при подаче электрического импульса и таким образом двигаться в направлении, определенном оператором.
«Умная пыль» – новая беспроводная технология
Компания Dust Networks, техническим директором которой является Крис Пистер (Kris Pister), один из пионеров концепции «умной пыли» — распределенных сетей сверхмалых устройств, поддерживающих беспроводной обмен данными — представила рынке свой первый продукт.
Рис. 1 Один из действующих прототипов наноробота-пылинки
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.
Рис. 2
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 емма ет — 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.
Рис. 3 Архитектура сетей на основе «умной пыли»
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. Умная пыль» из компьютерных микрочипов для межпланетных исследований.
Рис. 4
Собственно, идею использования облаков микроскопических роботов в самых различных областях можно назвать молодой только с определенной натяжкой. Она уже довольно давно прощупывается в фантастической литературе, в том числе в повести Станислава Лема «Непобедимый». Здесь и в большинстве других произведений мириады действующих сообща пылинок с электронными мозгами выступают в роли агрессивной силы, с успехом уничтожающей подвернувшихся людей и технику. Но ученые из Центра исследований в области наноэлектроники в Глазго взялись за нее со всей серьезностью, вознамерившись определить мирные пути ее реализации.
Существующие наработки уже сегодня позволили профессору Джону Баркеру (John Barker) из Университета Глазго предложить подробный план использования таких нанороботов в исследовании других планет, в частности Марса. Открывающиеся для науки возможности очень удачно дополнят те, что дают наземные марсоходы и, в перспективе, БПЛА, предоставив гораздо более полную картину условий чужой планеты для будущих пилотируемых экспедиций.
Рис. 5
Британские ученые полагают, что чипы подходящего размера и устройства существуют уже сегодня. При помощи беспроводных сетей из таких микроустройств радиусом в миллиметр можно будет в случае необходимости формировать «рои». Электронную «пыль» можно помещать в носовую часть космических зондов и выпускать в атмосфере других планет, где они будут разноситься ветром. Если при помощи определенного электрического заряда полимерную оболочку такого устройства «сморщить», то пылинка станет подниматься выше, а если расплющить, то она пойдет вниз.
Как утверждают исследователи, в ходе моделирования они добились объединения 50 устройств в единый рой – и сумели это сделать, несмотря на сильный ветер. Способность передвигаться «стаями» позволит чипам обмениваться данными и отсылать «коллективный» сигнал на корабль.
Рис. 6
Ученые уже продемонстрировали возможности «умной пыли»: в объеме несколько кубических сантиметров умещаются датчики, источники энергии, устройства цифровой связи и сетевые ячейки. Как утверждают исследователи, если их применять для исследования других планет, то им нужны будут сенсоры, а нынешние химические сенсоры слишком велики, чтобы уместиться в летающую электронную «песчинку». Они надеются, что уже в ближайшие десятилетия появятся датчики куда меньших размеров.
Заключение
По мнению ученых, 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.
Словарь 1. Умная пыль — термин, используемый для описания сети из малых беспроводных микроэлектромеханических систем (МЭМС) и дополнительных устройств, которые могут взаимодействовать между собой и получать данные о состоянии внешней среды (например температуре, свете, давлении).
2. Микроэлектромеханические системы (МЭМС) — технологии и устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты.
3. Xerox PARC (англ. Xerox Palo Alto Research Center) — научно-исследовательский центр, основанный по настоянию главного научного сотрудника фирмы Xerox Джека Гольдмана в 1970 году. В 2002 году PARC выделен в отдельную компанию (в собственности Xerox).
На момент основания центра Xerox потерял патент на ксерографию и его менеджеры опасались потери части рынка в пользу японских концернов. Поэтому центр должен был заниматься инновативными разработками, которые бы позволили фирме и дальше оставаться лидером на рынке офисных технологий.
4. Маршрутиза́тор (проф. жарг. ра́утер или ру́тер (от англ. router), иногда неправильно ро́утер (искажённое произношение англ. router) — сетевое устройство, пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.
5. Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) — летательный аппарат без экипажа на борту.
6. Стек протоколов TCP/IP (англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol) — набор сетевых протоколов разных уровней модели сетевого взаимодействия DOD, используемых в сетях. Протоколы работают друг с другом в стеке (англ. stack, стопка) — это означает, что протокол, располагающийся на уровне выше, работает «поверх» нижнего, используя механизмы инкапсуляции. Например, протокол TCP работает поверх протокола IP. Список литературы
1. http://www.dustnetworks.com
2. Прими красную таблетку: Наука, философия и религия в "Матрице". /Под ред. Глена Йеффета. [Пер. с англ. Т. Давыдова]. -- М.: Ультра.Культура, 2003. // http://alt-future.narod.ru/Future/kurzweil.htm
3. http://ru.wikipedia.org
|
