소개:
이전 블로그 중 하나에서 우리는 생물학적 시스템의 통신에서 영감을 얻었으며 디자인에 나노 기술의 개념을 사용하는 분자 통신에 대해 이야기했습니다.
오늘 우리는 나노 기술 디자인의 응용 중 하나인 Smart Dust라는 또 다른 기술에 대해 논의할 것입니다. 나노 기술에서 스마트 더스트는 무선 마이크로 전자 기계 센서(MEMS)가 장착된 초소형 장치의 애드혹 네트워크입니다. Smart Dust는 Smart Matter라고도 합니다.
정의:
센서, 계산 능력, 양방향 무선 통신 기술 및 전원 공급 장치로 구성된 밀리미터 크기의 대용량 독립형 미세 전기 기계 장치가 Smart Dust를 형성합니다.
이러한 단일 장치를 개별적으로 모트라고 합니다. 수천 개의 이러한 모트를 총칭하여 스마트 더스트라고 합니다. 먼지 입자만큼 작은 티끌은 공기질, 온도 및 기타 여러 가지에 관한 데이터를 모니터링하고 수집하기 위해 장소의 대기에 퍼질 수 있습니다. Smart Dust 장치는 군사 분야에서 기상학, 의료 분야에 이르기까지 거의 모든 분야에서 응용 분야를 찾았습니다.
주요 구성 요소:
스마트 먼지 장치에는 다음 구성 요소가 포함되어 있습니다.
- 센서
- 광 검출기 수신기
- 코너 큐브 레트로 리플렉터가 있는 패시브 송신기
- 레이저 다이오드 및 빔 조정 기능이 있는 능동 송신기
- 아날로그 입력/출력, 신호 처리(DSP 또는 마이크로 컨트롤러) 및 제어 회로
- 태양 전지 및 후막 배터리의 전원.
이미지 출처:researchgate.net
마트 먼지 티끌은 먼지 입자만큼 작습니다. 따라서 이러한 모트는 소형화, 통합 및 에너지 관리 기술의 진화적이고 혁신적인 발전을 모두 사용하는 장치의 완벽한 예입니다. 마이크로 전자 기계 시스템은 소형 센서, 광통신 구성 요소 및 전원 공급 장치 설계에 사용되었습니다. 마이크로일렉트로닉스는 낮은 전력 소비로 뛰어난 기능을 제공하는 데 사용됩니다.
Smart Dust Motes는 액티브 및 패시브 전송의 두 가지 유형으로 구성됩니다. 능동 변속기는 장치 간 통신을 위해 레이저 다이오드와 조종 가능한 거울을 사용합니다. 반면 코너 큐브 반사경은 기지국으로 전송하기 위한 수동 전송에 사용됩니다.
스마트 더스트의 작동 원리:
각각의 Smart Dust Motes는 수행할 작업을 결정하고 에너지를 절약하기 위해 시스템의 다양한 구성 요소에 대한 전원 공급을 모니터링하는 마이크로컨트롤러로 구성됩니다. 마이크로컨트롤러는 온도, 주변광, 진동, 가속 또는 기압과 같은 다양한 물리적 또는 화학적 자극을 측정하는 센서 중 하나에서 신호를 읽습니다. 신호를 받으면 데이터를 처리하고 메모리에 저장합니다.
또한 마이크로컨트롤러는 광 수신기를 제어하여 모든 사람의 통신 신호를 확인합니다. 이러한 통신 신호는 새로운 프로그램 또는 다른 모트의 메시지로 구성됩니다. 이러한 메시지에 대한 응답 또는 자체 이니셔티브에 따라 마이크로컨트롤러는 코너 큐브 역반사체 또는 레이저를 사용하여 센서 데이터 또는 메시지를 베이스 스테이션 또는 다른 모트로 전송합니다.
Smart Dust의 이점:
스마트 더스트 기술은 생태 연구, 조직 내 재고 관리, 도시 지역 내 다양한 기능 및 군대에 이르기까지 광범위한 산업에 혁명을 일으킬 수 있는 많은 잠재적 및 실제 이점을 가지고 있습니다. .
- 인프라 및 시스템 비용을 절감합니다.
- 직원들이 공장 생산성을 높이는 데 도움이 됩니다.
- 작업장의 안전, 효율성 및 규정 준수를 개선합니다.
- 농부들에게 더 나은 시간 관리를 제공합니다.
- 작물의 수요를 고려하여 시비관리 개선에 도움을 줍니다.
- 조립시 이탈되는 불량품의 양을 최소화합니다.
- 다른 이점으로는 장비 모니터링 상태, 자산 모니터링, 기계 제어 및 프로세스 모니터링 및 제어가 있습니다.
스마트 먼지의 단점:
- 당면한 가장 큰 문제는 적절하게 처리되어야 하는 개인 정보 보호입니다.
- 특정 응용 프로그램에서 불리한 환경 문제를 일으켰습니다.
- 스마트 더스트 디자인의 센서는 비용이 많이 들기 때문에 시스템 비용이 높아집니다.
- 기업이 방사성 소스에서 에너지를 끌어오는 스마트 더스트를 사용하는 경우 한 가지 잠재적인 단점이 발생할 수 있습니다. 연구원은 유해한 영향이 없다고 확인했지만 직원은 작업을 거부할 수 있습니다.
스마트 먼지 적용:
- 공장 자동화 및 화학 공장 – Smart Dust Motes는 화학 공장에서 발생할 수 있는 부식을 감지하거나 우발적인 화학 물질 방출을 확인하기 위해 화학 공장의 파이프에 배치될 수 있습니다.
Smart Dust Motes는 서버실의 온도를 모니터링하는 데에도 사용할 수 있으므로 에어컨의 기능을 제어합니다.
- 환경 및 서식지 모니터링 – 스마트 더스트 모트는 대기 오염 수준을 식별할 수 있는 센서로 구축할 수도 있습니다. 스마트 먼지 티끌을 숲에 떨어뜨리면 센서가 화재 가능성을 경고합니다.
- 산업용 감지 - 스마트 먼지는 회전 기계 및 풍동과 같이 유선 센서를 설치할 수 없는 산업에서 사용됩니다.
- 운송 도메인 – 스마트 더스트는 악천후 조건에서 교통 감시 및 도로 표지판 인식에 큰 도움이 될 수 있습니다. 스마트 더스트 모트는 브로드캐스터 역할을 할 수 있으며 악천후와 시야가 좋지 않은 상황에서 전방의 도로 표지판을 운전자에게 알리기 위해 차량 시스템에 신호를 전송할 수 있습니다.
- 군사 감지 - 스마트 먼지는 접근하기 어려운 지역에서 적의 움직임을 주시하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 공기 중에 독성 및 위험 물질이 방출되는지 확인합니다.
- 농업 분야 - Smart Dust는 농업 분야에서 포도밭 전체의 기온을 모니터링하는 데 사용될 수 있습니다. 그들은 서리를 감지하면 손상으로부터 보호하기 위해 경고 신호를 보낼 수 있습니다. 모트는 토양 pH와 염도를 모니터링하고 포착할 수 있는 센서로 제작할 수도 있습니다.
결론:
스마트 먼지 기술의 적용과 이점은 무궁무진합니다. 그것은 인간의 마음이 생각할 수 있는 삶의 거의 모든 영역에서 큰 이점이 될 수 있습니다. 기본적으로 응용 프로그램의 실용성을 테스트하고 가능한 한 작게 만들기 위해 많은 연구가 진행되고 있습니다.