Tehno
StoryEditor

Tehnologija ‘smart dust‘ - Stiže oluja pametne prašine

04. Prosinac 2021.
U svijetu mikrotehnologije već se naveliko razvija takozvana pametna prašina (engl. smart dust), odnosno mreža mikroelektromehaničkih sustava kao što su senzori, roboti i pametni uređaji koji, primjerice, prepoznaju zvuk, temperaturu, svjetlo, prisutnost otrova, a manji su od zrna pijeska. Takvu ćemo prašinu skupljati po svim mogućim i nemogućim uređajima, a i u vlastitom tijelu, zahvaljujući razvoju nanotehnologije

Manja je od zrnca pijeska i ljudskom oku nevidljiva, ali je pametna i svevidljiva iako je – samo prašina. Nije riječ o bilo kakvoj prašini nego o – pametnoj, uobličenoj u mikroskopske senzore, revolucionarnom izumu novih tehnologija koji će omogućiti još dinamičnije prikupljanje podataka te internet stvari (IoT) učiniti još moćnijim. Pametna prašina (smart dust) vizija je umrežene budućnosti inteligentne oluje senzorčića koji stalno vide i čuju što se događa u njihovoj okolini te međusobno komuniciraju i razmjenjuju informacije. Revolucionarno je otkriće jer su 'prašinasti' senzori vrlo mali i mogu stati bilo gdje, rade bez ljudske intervencije i imaju vlastito napajanje energijom. Ti će sićušni uređaji dovesti do sveprisutna autonomna umjetnointeligentna računanja poput autentifikacije, medicinskih postupaka i praćenja industrijskog i opskrbnog lanca te obrambenih aplikacija. Iako ti uređaji još nisu dosegnuli svoj najmanji mogući oblik, nanotehnolozi će ih uskoro skrojiti prema željenoj mjeri.

Kako radi

Pametna prašina sićušni je senzor koji se sastoji od više malih bežičnih mikroelektromehaničkih sustava (MEMS) veličine od 20 mikrometara do jednoga milimetra. Kako tehnologija bude napredovala, ti će se uređaji smanjiti na nanoelektromehaničke sustave (NEMS). MEMS su motovi koji kombiniraju senzorske, računalne, bežične komunikacijske mogućnosti i autonomno napajanje u obujmu od nekoliko kubičnih milimetara ili čak manjem, a podaci putuju od jednoga mota na drugi dok ne stignu do glavnoga računala. Ti su senzori bežično povezani s računalnom mrežom za obradu podataka dobivenih putem radiofrekventne identifikacije (RFID), a izrađeni su konvencionalnom tehnikom mikroproizvodnje silicija i mogu privremeno ostati u okružju sličnom prašini. Pametna prašina prikuplja različite podatke, detaljne informacije korisne u različitim istraživanjima i industrijama. Svaki senzorčić može se ostaviti bez nadzora i prikupit će podatke kao što su: svjetlost, temperatura, tlak, vibracije, postojanje toksina i bežično ih prenijeti na veće, udaljene računalne sustave ili, ovisno o računskoj snazi ​​mota, izravno na mjesto prikupljanja podataka. Primjerice, u industrijskom okružju pametni senzori prašine prosljeđuju signale natrag u zapovjedno računalo, koje zatim prikuplja podatke kako bi dalo povratne informacije upraviteljima postrojenja.

Prikupljanje podataka

Naziv pametna prašina osmislio je Kristofer Pister, profesor elektrotehnike i računalnih znanosti na američkom sveučilištu Berkeley i osnivač tvrtke Dust Networks, opisujući 1997. uređaje veličine jednog milimetra. Pister je s kolegama namjeravao stvoriti mrežu senzora sastavljenih od sićušnih bežičnih računalnih sustava – motova, koji djelujući kao mikroskopske oči, uši i ruke mogu prikupljati sve vrste podataka: vizualne, toplinske, kemijske i biološke. Otkako je Pister prvi put predstavio ideju pametne prašine, koncept izgradnje distribuirane mreže bežičnih mikroelektromehaničkih sustava (MEMS) počeo je rasti. Primjerice, tvrtka Dust Networks, danas u vlasništvu Analog Devicesa, američke tvrtke koja proizvodi poluvodiče, postavila je senzore veličine jednog centimetra na nekoliko komercijalnih tržišta uključujući i rafinerije nafte.

– Ti senzori već su promijenili način na koji mnogi sektori prikupljaju podatke, ali s naprednijom i još manjom tehnologijom mogli bismo ići mnogo dalje. Ne samo da bi pametna prašina mogla zaroniti u naftne bušotine; nego bi se mogla naći i na krilima leptira kako bismo pratili obrasce migracije ili bi mogla biti u ljudskom tijelu kako bi se nadgledao proces oporavka slomljenih kostiju ili oštećenih organa – izjavio je Pister.

Liječenje tumora

Niže se popis industrija u kojima će pametna prašina nanoveličine biti u primjeni, od poljoprivrede do medicine. Primjerice, sitni komadići pametne prašine mogli bi se 'posijati' po plantažama kako bi nadzirali usjeve od određivanja vremena zalijevanja do kontrole štetočina. Pametna prašina mogla bi slijediti pčele kako bi otkrila gdje se susreću s kemikalijama koje prijete njihovoj opstojnosti. U medicini, ugrađeni defibrilatori i elektrostimulatori srca već prate zdravlje, ali pametna prašina to bi mogla znatno upaprijediti. Istraživači sa Sveučilišta Berkeley 2016. su napravili prvi takav senzor dužine tri i širine jednog milimetra.

No David Blaauw, profesor elektrotehnike i računalnih znanosti na američkom Sveučilištu Michigan, koji desetljećima radi na smanjivanju veličine računalnih sustava, nada se da bi uskoro uređaji poput neuronske prašine mogli ne samo mjeriti, već i djelovati unutar tijela. Primjerice, Blaauw vodi tim istraživača koji rade na projektu implantacije sićušnih senzora u tumore za praćenje učinkovitosti tretmana.

– To je vrlo povoljno u odnosu na slijepo liječenje tumora, ali bilo bi sjajno kad bi ti mali senzori mogli sami osigurati liječenje emitiranjem određenih hormona ili lijekova ili drugih vrsta biosimulacija – izjavio je Blaauw.

Građevinska industrija je također uspješna u korištenju većih pametnih senzora nalik na prašinu. Pri betoniranju podruma One World Trade Centera u New Yorku radnici su bacili senzore u beton kako bi tijekom gradnje pratili što se događa unutar betonskog bloka.

Aplikacije za potrošače

Pametna prašina mogla bi otvoriti vrata bezbrojnim revolucionarnim otkrićima jer zasad, prema tvrdnjama profesora Blaauwa, postoji mnogo informacija kojima se ne može pristupiti zbog toga što senzori nisu dovoljno mali.

– Sustavima u milimetarskoj ljestvici možemo osvijetliti znanje u našem okružju kojemu danas nemamo pristup – izjavio je Blaauw.

Iako tehnologija pametne prašine neće brzo stići u osobni život potencijalnih korisnika, njezin cilj zasad su industrija i medicina, znanstvenici već nastoje kreirati pametne aplikacije za potrošače. Primjerice, Pister osmišljava bežični uređaj koji bi mogao pričvrstiti na svoje nokte, a koji bi mu omogućio tipkati bilo gdje.

– Kad komercijaliziramo uređaje veličine jednog milimetra, razvit ćemo razne vrste zabavnih aplikacija – izjavio je Pister.

Otkrivanje opasnosti

IEEE Spectrum, časopis za inženjere elektrotehnike, primjerice, izvijestio je o tome da se pametna prašina može ugraditi u pakiranu hranu kako bi potrošači prelazeći pametnim telefonom preko proizvoda testirali je li sigurna za jelo. No ta ideja, kao i mnoge pametne aplikacije za pametnu prašinu, ostvariva je samo ako tehnologija postane dovoljno jeftina, odnosno široku primjenu tehnologije pametne prašine odredit će njezina cijena. Da bi se to dogodilo, IEEE Spectrum tvrdi da bi cijene silicija za proizvodnju jednog senzora po cijeni od 0,01 dolara morale pasti za petinu.

– Uz novu tehnologiju, ovo je uvijek težak dio: otkriti ubojitu aplikaciju koja će pomoći u dovođenju konačne proizvodnje do količina koje smanjuju troškove. Onda to može biti odskočna daska za mnoge druge aplikacije koje mogu iskoristiti prednost toga prethodnog ulaganja – izjavio je Blaauw.

Razvoj mikrosustava

No prije nego što pametna prašina radikalno promijeni način poslovanja, istraživači najprije moraju stvoriti njezine mikrosustave. Tijekom proteklog desetljeća postignut je velik napredak u smanjenju veličine računalnog sustava, uspjelo je to Blaauweju i njegovu timu, koji su stvorili Michigan Micro Mote, najmanje računalo na svijetu, široko samo dva milimetra. Jedan od najvećih problema s kojima su se susreli tijekom izrade bilo je smanjenje veličine baterije. Iako je smanjenje veličine mikročipova relativno jednostavno, veličina baterije uvjetovana je potrošnjom energije, koju trenutačni senzori previše troše. Zbog toga su mnogi istraživači usredotočeni na stvaranje sustava milimetarske skale koji se oslanjaju na vrlo malu snagu. Primjerice, kad je u stanju pripravnosti, računalo Michigan Micro Mote troši oko milijun puta manje energije od prosječnoga pametnog telefona.

Pametna prašina predmet je zanimanja sve većeg broja tehnološki tvrtki, a velike američke korporacije Cargill, General Electric, Cisco Systems i IBM uložile su velika sredstva u istraživanje toga područja. U svijetu postoji nekoliko vrlo uspješnih tvrtki koje se bave razvojem novih materijala koje, osim u Americi, posluju u Njemačkoj, Ujedinjenom Kraljevstvu, Japanu, Kini, Austriji, Nizozemskoj, Estoniji, a jedna je i u hrvatskom susjedstvu. Slovenska tvrtka Koto Air proizvodi CubeSensors, male uređaje za nadzor unutarnjeg okoliša koji neprekidno bilježe informacije o unutarnjoj temperaturi, tlaku, vlažnosti i kvaliteti zraka te vibracijama, svjetlu i buci.

Problem sigurnosti

Iako će, prema Gartnerovu istraživanju, pametnoj prašini trebati više od desetljeća da 'uneredi' naše živote, njezina golema tehnološka mogućnost već sad djeluje zastrašujuće te se postavlja pitanje zaštite privatnosti i etike njezine primjene. Vrlo lako je ugroziti sigurnost pametnih kućnih uređaja, a komercijalizacija pametne prašine samo bi povećala opseg podataka koje prikupljaju 'prašinasti' senzori. Upitno je što će oni koji će postavljati mikroskopske senzore gdje god budu željeli raditi s prikupljenim podacima? Još važnije je pitanje hoće li potrošači moći odustati od prikupljanja njihovih podataka? Nažalost, znanstvenici se ne bave sigurnošću dok razvijaju ovakve uređaje. Problemom sigurnosti tehnologije pametne prašine bavit će tek kad ona bude na tržištu, a onda će, kao u mnogim slučajevima dosad, biti kasno. 

08. kolovoz 2022 02:56