บทนำ:
ในบล็อกก่อนหน้า เราพูดถึงการสื่อสารโมเลกุลที่ได้แรงบันดาลใจจากระบบชีวภาพและใช้แนวคิดนาโนเทคโนโลยีในการออกแบบ วันนี้เราจะพูดถึงเทคโนโลยีอีกอย่างที่เป็นแอปพลิเคชันของนโนเทคโนโลยี คือ สมาร์ทดัสต์ (Smart Dust) ในนาโนเทคโนโลยี สมาร์ทดัสต์คือเครือข่าย ad hoc ของอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ไมโคร-อิเล็กโทรเมคานิคอลไร้สาย (MEMS) สมาร์ทดัสต์ยังเรียกว่า Smart Matter
นิยาม:
จำนวนมากของอุปกรณ์ไมโคร-อิเล็กโทรเมคานิคอลขนาดมิลลิเมตรที่อิสระต่อกัน ประกอบด้วยเซ็นเซอร์ ความสามารถทางการคำนวณ เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายสองทิศทาง และแหล่งจ่ายไฟ เรียกว่าสมาร์ทดัสต์
อุปกรณ์แต่ละตัวเรียกว่า Motes พันๆ ของโมต์เหล่านี้รวมกันเรียกว่าสมาร์ทดัสต์ โมต์ขนาดเล็กเท่าฝุ่นสามารถกระจายในบรรยากาศเพื่อตรวจสอบและเก็บข้อมูลคุณภาพอากาศ อุณหภูมิ และอื่นๆ อุปกรณ์สมาร์ทดัสต์มีการประยุกต์ใช้ในทุกอย่าง ตั้งแต่ทหาร อุตุนิยมวิทยา จนถึงการแพทย์
องค์ประกอบหลัก:
อุปกรณ์สมาร์ทดัสต์ประกอบด้วย:
- เซ็นเซอร์
- ตัวรับแสง (Photo detector receiver)
- ทรานสมิตเตอร์แบบพาสซีฟพร้อม Corner-Cube Retro reflector
- ทรานสมิตเตอร์แบบแอคทีฟพร้อม Laser Diode และ Beam Steering
- Analog I/O, Signal Processing (DSP หรือ micro-controller) และวงจรควบคุม
- แหล่งจ่ายไฟจากเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ฟิล์มหนา
โมต์สมาร์ทดัสต์เล็กเท่าฝุ่น จึงเป็นตัวอย่างสมบูรณ์ของอุปกรณ์ที่ใช้ทั้งการก้าวหน้าเชิงวิวัฒนาการและการปฏิวัติในการลดขนาด การรวมระบบ และเทคโนโลยีการจัดการพลังงาน ระบบไมโคร-อิเล็กโทรเมคานิคอล (MEMS) ใช้ในการออกแบบเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก องค์ประกอบการสื่อสารด้วยแสง และแหล่งจ่ายไฟ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ให้ฟังก์ชันการทำงานสูงด้วยการใช้พลังงานต่ำ
สมาร์ทดัสต์โมต์มีการส่งสัญญาณ 2 แบบ: แอคทีฟและพาสซีฟ การส่งแบบแอคทีฟใช้ Laser Diode และกระจกควบคุมทิศทางสำหรับการสื่อสารอุปกรณ์ต่ออุปกรณ์ ส่วน Corner Cube Reflector ใช้ในการส่งแบบพาสซีฟไปยังสถานีฐาน (Base Stations)
หลักการทำงานของสมาร์ทดัสต์:
แต่ละโมต์มีไมโครคอนโทรลเลอร์ที่กำหนดงานที่ต้องทำ และตรวจสอบการจ่ายไฟไปยังองค์ประกอบต่างๆ เพื่อประหยัดพลังงาน ไมโครคอนโทรลเลอร์อ่านสัญญาณจากเซ็นเซอร์ที่วัดกatalyst กระตุ้นทางกายภาพ/เคมี เช่น อุณหภูมิ แสงรอบข้าง แผ่นดินไหว การเร่งความเร็ว หรือความดันอากาศ เมื่อได้สัญญาณจะประมวลผลข้อมูลและจัดเก็บในหน่วยความจำ
ไมโครคอนโทรลเลอร์ยังควบคุมตัวรับแสงเพื่อตรวจสอบสัญญาณการสื่อสารจากอื่นๆ สัญญาณเหล่านี้ประกอบด้วยโปรแกรมใหม่หรือข้อความจากโมต์อื่น ตอบสนองต่อข้อความเหล่านี้หรือจากความสนใจตัวเอง ไมโครคอนโทรลเลอร์จะส่งข้อมูลเซ็นเซอร์หรือข้อความไปยังสถานีฐานหรือโมต์อื่น ผ่าน Corner Cube Retro Reflector หรือ Laser
ข้อดีของสมาร์ทดัสต์:
เทคโนโลยีสมาร์ทดัสต์มีประโยชน์ที่อาจปฏิวัติอุตสาหกรรมหลากหลาย ตั้งแต่การวิจัยทางนิเวศวิทยา การควบคุมสต็อกในองค์กร ฟังก์ชันต่างๆ ในพื้นที่เมือง และทหาร
- ลดต้นทุนโครงสร้างพื้นฐานและระบบ
- ช่วยพนักงานเพิ่มประสิทธิภาพโรงงาน
- ปรับปรุงความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และการปฏิบัติตามข้อกำหนดในที่ทำงาน
- ให้เกษตรกรจัดการเวลาได้ดีขึ้น
- ช่วยปรับปรุงการจัดการปุ๋ยโดยพิจารณาความต้องการของพืช
- ลดผลิตภัณฑ์ที่เสียหายบนสายการผลิต
- ข้อดีอื่นๆ: ตรวจสอบสภาพอุปกรณ์ ติดตามทรัพยากร ควบคุมเครื่องจักร และการตรวจสอบ/ควบคุมกระบวนการ
ข้อเสียของสมาร์ทดัสต์:
- ความท้าทายใหญ่ที่สุดคือความเป็นส่วนตัว ซึ่งต้องจัดการอย่างเหมาะสม
- ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมในบางแอปพลิเคชัน
- เซ็นเซอร์ในรูปแบบสมาร์ทดัสต์มีราคาสูง ทำให้ต้นทุนระบสูง
- ข้อเสียที่เป็นไปได้ หากบริษัทใช้สมาร์ทดัสต์ที่ดึงพลังงานจากแหล่งรังสี แม้นักวิจัยยืนยันว่าไม่เป็นอันตราย แต่พนักงานอาจปฏิเสธทำงาน
แอปพลิเคชันของสมาร์ทดัสต์:
- อัตโนมัติโรงงานและโรงงานเคมี: โมต์วางในท่อเพื่อตรวจจับการกัดกร่อนหรือการรั่วไหลของสารเคมี ยังใช้ตรวจสอบอุณหภูมิห้องเซิร์ฟเวอร์ควบคุมเครื่องปรับอากาศ
- การตรวจสอบสิ่งแวดล้อมและที่อยู่อาศัย: โมต์ติดเซ็นเซอร์วัดมลพิษในบรรยากาศ โยนในป่าเซ็นเซอร์จะเตือนไฟไหม้
- การตรวจสอบอุตสาหกรรม: ใช้ในอุตสาหกรรมที่ติดตั้งเซ็นเซอร์สายไม่ได้ เช่น เครื่องจักรหมุน และอุโมงค์ลม
- ขนส่ง: ประโยชน์ในการตรวจสอบจราจรและจับหมายเลขถนนในสภาพอากาศแย่ โมต์ทำหน้าที่สัญญาณเตือนคนขับ
- ทหาร: ตรวจสอบการเคลื่อนไหวของศัตรูในพื้นที่เข้ากันยาก ตรวจสอบสารพิษ/อันตรายในอากาศ
- เกษตรกรรม: ตรวจสอบอุณหภูมิอากาศในสวนองุ่น ส่งสัญญาณเตือนเมื่อมีน้ำค้างแข็ง ติดเซ็นเซอร์วัด pH และ鹼inity ของดิน
สรุป:
แอปพลิเคชันและประโยชน์ของเทคโนโลยีสมาร์ทดัสต์ไม่มีขีดจำกัด อาจเป็นประโยชน์มากในทุกด้านของชีวิตที่มนุษย์คิดไหว หลายงานวิจัยกำลังดำเนินการเพื่อทดสอบความเป็นไปได้และทำให้เล็กลงอีก
