บทนำ:
ในบล็อกก่อนหน้านี้ เราได้พูดถึงการสื่อสารระดับโมเลกุลซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากการสื่อสารในระบบชีวภาพและใช้แนวคิดของเทคโนโลยีนาโนในการออกแบบ
วันนี้เราจะมาพูดถึงอีกหนึ่งเทคโนโลยีดังกล่าว ซึ่งเป็นหนึ่งในการประยุกต์ใช้การออกแบบเทคโนโลยีนาโน นั่นคือ Smart Dust ในนาโนเทคโนโลยี ฝุ่นอัจฉริยะคือเครือข่ายเฉพาะกิจของอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ติดตั้งเซ็นเซอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็ก (MEMS) แบบไร้สาย Smart Dust เรียกอีกอย่างว่า Smart Matter
คำจำกัดความ:
อุปกรณ์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดจิ๋วขนาดมิลลิเมตรจำนวนมากซึ่งประกอบด้วยเซ็นเซอร์ ความสามารถในการคำนวณ เทคโนโลยีการสื่อสารไร้สายแบบสองทิศทาง และแหล่งจ่ายไฟก่อให้เกิด Smart Dust
อุปกรณ์เดี่ยวเหล่านี้เรียกว่า Motes ฝุ่นนับพันเหล่านี้เรียกรวมกันว่า Smart Dust ละอองฝุ่นที่มีขนาดเล็กพอๆ กับฝุ่นละอองสามารถแพร่กระจายในบรรยากาศของสถานที่หนึ่งๆ เพื่อตรวจสอบและรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับคุณภาพอากาศ อุณหภูมิ และอื่นๆ อีกมากมาย อุปกรณ์ Smart Dust พบการใช้งานในเกือบทุกอย่าง ตั้งแต่การทหาร อุตุนิยมวิทยา ไปจนถึงการแพทย์
องค์ประกอบหลัก:
อุปกรณ์ปัดฝุ่นอัจฉริยะประกอบด้วยส่วนประกอบต่อไปนี้:
- เซนเซอร์
- เครื่องรับเครื่องตรวจจับภาพ
- เครื่องส่งสัญญาณแบบพาสซีฟพร้อมตัวสะท้อนแสงย้อนยุคแบบ Corner-Cube
- แอคทีฟทรานสมิตเตอร์พร้อมเลเซอร์ไดโอดและบีมบังคับทิศทาง
- อินพุต / เอาท์พุตแบบอะนาล็อก การประมวลผลสัญญาณ (DSP หรือไมโครคอนโทรลเลอร์) และวงจรควบคุม
- แหล่งพลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่แบบฟิล์มหนา
แหล่งที่มาของรูปภาพ:researchgate.net
ฝุ่นของมาร์ทมีขนาดเล็กพอๆ กับฝุ่นละออง ดังนั้น โมทเหล่านี้จึงเป็นตัวอย่างที่สมบูรณ์แบบของอุปกรณ์ที่ใช้ทั้งความก้าวหน้าทางวิวัฒนาการและการปฏิวัติในด้านเทคโนโลยีการย่อส่วน การผสานรวม และเทคโนโลยีการจัดการพลังงาน ระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็กถูกนำมาใช้ในการออกแบบเซ็นเซอร์ขนาดเล็ก ส่วนประกอบการสื่อสารด้วยแสง และอุปกรณ์จ่ายไฟ ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ถูกนำมาใช้เพื่อให้มีฟังก์ชันการทำงานที่ยอดเยี่ยมโดยใช้พลังงานต่ำ
ฝุ่นอัจฉริยะประกอบด้วยการส่งสัญญาณ 2 ประเภทคือแบบแอกทีฟและแบบพาสซีฟ การส่งที่ใช้งานอยู่นั้นใช้เลเซอร์ไดโอดและกระจกควบคุมสำหรับการสื่อสารแบบอุปกรณ์ต่ออุปกรณ์ ในขณะที่ตัวสะท้อนแสงลูกบาศก์มุมใช้ในการส่งสัญญาณแบบพาสซีฟเพื่อส่งสัญญาณไปยังสถานีฐาน
หลักการทำงานของ Smart Dust:
Smart Dust Motes แต่ละตัวประกอบด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ที่กำหนดงานที่จะดำเนินการ และตรวจสอบการจ่ายไฟไปยังส่วนประกอบต่างๆ ของระบบเพื่อประหยัดพลังงาน ไมโครคอนโทรลเลอร์อ่านสัญญาณจากเซ็นเซอร์ตัวใดตัวหนึ่งที่วัดสิ่งเร้าทางกายภาพหรือทางเคมีต่างๆ เช่น อุณหภูมิ แสงแวดล้อม การสั่นสะเทือน ความเร่ง หรือความกดอากาศ เมื่อได้รับสัญญาณก็จะประมวลผลข้อมูลและจัดเก็บไว้ในหน่วยความจำ
ไมโครคอนโทรลเลอร์ยังควบคุมตัวรับแสงเพื่อตรวจสอบสัญญาณการสื่อสารจากใครก็ได้ สัญญาณการสื่อสารเหล่านี้ประกอบด้วยโปรแกรมใหม่หรือข้อความจากโมเตอื่น ในการตอบสนองต่อข้อความเหล่านี้หรือตามความคิดริเริ่มของมันเอง ไมโครคอนโทรลเลอร์จะส่งข้อมูลเซ็นเซอร์หรือข้อความไปยังสถานีฐานหรือโมตอื่นโดยใช้รีเฟลกเตอร์ย้อนยุคหรือเลเซอร์มุมคิวบ์
ข้อดีของ Smart Dust:
เทคโนโลยี Smart Dust มีศักยภาพและประโยชน์ที่แท้จริงมากมายที่สามารถปฏิวัติอุตสาหกรรมได้หลากหลาย ตั้งแต่การวิจัยทางนิเวศวิทยา การควบคุมสินค้าคงคลังภายในองค์กร การทำงานต่างๆ ภายในเขตเมือง และการทหาร .
- ช่วยลดต้นทุนโครงสร้างพื้นฐานและระบบ
- ช่วยให้พนักงานเพิ่มผลผลิตในโรงงาน
- ปรับปรุงความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และการปฏิบัติตามกฎระเบียบในสถานที่ทำงาน
- ทำให้เกษตรกรสามารถจัดการเวลาได้ดีขึ้น
- ช่วยในการปรับปรุงการจัดการปุ๋ยโดยคำนึงถึงความต้องการของพืชผล
- ช่วยลดปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่ชำรุดซึ่งหลุดออกจากการประกอบให้เหลือน้อยที่สุด
- ข้อดีอื่นๆ ได้แก่ เงื่อนไขการตรวจสอบอุปกรณ์ การตรวจสอบทรัพย์สิน การควบคุมเครื่องจักร และการตรวจสอบและควบคุมกระบวนการ
ข้อเสียของ Smart Dust:
- ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดที่ต้องเผชิญคือความเป็นส่วนตัวซึ่งจำเป็นต้องได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม
- ทำให้เกิดปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมในการใช้งานบางอย่าง
- เซ็นเซอร์ในการออกแบบฝุ่นอัจฉริยะมีราคาแพงมาก ดังนั้นต้นทุนของระบบจึงสูงตามไปด้วย
- ข้อเสียอย่างหนึ่งที่อาจเกิดขึ้นหากบริษัทต่างๆ ใช้ฝุ่นอัจฉริยะที่ดึงพลังงานจากแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสี แม้ว่านักวิจัยจะยืนยันว่าไม่มีผลเสียใดๆ แต่พนักงานอาจปฏิเสธที่จะทำงานก็ได้
การประยุกต์ใช้ Smart Dust:
- ระบบอัตโนมัติในโรงงานและโรงงานเคมี – ฝุ่นอัจฉริยะสามารถติดอยู่ในท่อของโรงงานเคมีเพื่อตรวจจับการกัดกร่อนที่อาจเกิดขึ้นในโรงงานหรือเพื่อตรวจสอบการปล่อยสารเคมีโดยไม่ตั้งใจ
ยังสามารถใช้ Smart Dust Motes ในการตรวจสอบอุณหภูมิของห้องเซิร์ฟเวอร์ ดังนั้นจึงควบคุมการทำงานของเครื่องปรับอากาศ
- การตรวจสอบสภาพแวดล้อมและที่อยู่อาศัย – สามารถสร้างฝุ่นอัจฉริยะด้วยเซ็นเซอร์ที่สามารถระบุระดับมลพิษในชั้นบรรยากาศได้ ฝุ่นอัจฉริยะอาจตกในป่าและเซ็นเซอร์จะเตือนเราเมื่อเกิดไฟไหม้
- การตรวจวัดระดับอุตสาหกรรม – ฝุ่นละอองอัจฉริยะใช้ในอุตสาหกรรมที่ไม่สามารถติดตั้งเซ็นเซอร์แบบใช้สายได้ เช่น เครื่องจักรหมุนและอุโมงค์ลม
- โดเมนการขนส่ง – Smart dust อาจเป็นประโยชน์อย่างมากในการเฝ้าระวังการจราจรและการจดจำป้ายถนนในสภาพอากาศเลวร้าย มดฝุ่นอัจฉริยะสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกระจายสัญญาณและส่งสัญญาณไปยังระบบของรถเพื่อให้ผู้ขับขี่ทราบป้ายบอกทางข้างหน้าในช่วงที่สภาพอากาศเลวร้ายและทัศนวิสัยไม่ดี
- Military Sensing – Smart dust สามารถพิสูจน์ได้ว่าช่วยในการจับตาดูการเคลื่อนไหวของข้าศึกในพื้นที่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้ นอกจากนี้ยังตรวจสอบการปล่อยสารพิษและสารอันตรายในอากาศอีกด้วย
- ภาคการเกษตร – Smart Dust สามารถนำมาใช้ในภาคการเกษตรเพื่อตรวจสอบอุณหภูมิของอากาศทั่วทั้งไร่องุ่น พวกเขาสามารถส่งสัญญาณเตือนเมื่อตรวจพบน้ำค้างแข็งเพื่อป้องกันความเสียหายใด ๆ นอกจากนี้ยังสามารถสร้างโมตได้ด้วยเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจสอบและจับค่า pH และความเค็มของดิน
บทสรุป:
การใช้งานและประโยชน์ของเทคโนโลยีฝุ่นอัจฉริยะนั้นไร้ขีดจำกัด มันสามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นข้อได้เปรียบอย่างมากในเกือบทุกด้านของชีวิตที่จิตใจมนุษย์คิดได้ งานวิจัยหลายชิ้นดำเนินไปโดยพื้นฐานแล้วเพื่อทดสอบการใช้งานจริงของแอปพลิเคชันและทำให้มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
