Bude nás sledovat inteligentní prach?

Využití inteligentního prachu je návrh futuristický, uvažuje s možností využít zařízení, označovaného jako inteligentní prach (Smart dust) v železniční přepravě. Vychází z technologie blízké budoucnosti, základem které mají být miniaturní senzory schopné sběru, zpracování a bezdrátového přenosu informací.Využití inteligentního prachu je návrh futuristický, uvažuje s možností využít zařízení, označovaného jako inteligentní prach (Smart dust) v železniční přepravě. Vychází z technologie blízké budoucnosti, základem které mají být miniaturní senzory schopné sběru, zpracování a bezdrátového přenosu informací.

Hlavní myšlenkou této technologie je možnost rozptýlit v nějakém prostoru (například vevnitř železničního vozu) stovky miniaturních senzorů, které by měřily teplotu, vlhkost nebo sílu či frekvenci vibrací a tím by umožnily sledovat určité zařízení, chování lidí v nějakém prostoru nebo detailně kontrolovat dané prostředí.

Od kostky cukru k zrnku písku
Na těchto zařízeních se už mnoho let pracuje v USA. Vývojem inteligentního prachu se zabývají  Kris Pister a Randy H. Katz na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Mikroelektromechanické (MEMS – microelectromechanical senzor)  zařízení, které je základem smart dustu, dostalo název mot. První prototypy motu měly od prachu skutečně daleko, jejich rozměry byly porovnatelné s  kostkami cukru, měly objem zhruba 100 mm3. Dostali proto název makromoty. Na této úrovni byla celá technologie odzkoušena a ukázalo se, že je úplně funkční. Nyní je cílem vědců postupné zmenšování motů.
Rozměry zařízení by se měly dostat na úroveň velikosti zrníček písku, odtud byl i odvozený jeho název. Díky poslednímu vývoji v oblasti návrhu a výrobních technologií křemíkových čipů mohou mít tyto senzory tuto velikost a naproti tomu obsahovat nejen vlastní senzor, ale i výpočetní obvody, zdroj napájení a podporu komunikační technologie schopné obousměrného bezdrátového přenosu dat. Tato zrnka prachu mohou sbírat množství dat, zhotovit potřebné výpočty a odeslat potřebné informace prostřednictvím obousměrného rádiového spojení navázaného mezi jednotlivými zrnky na vzdálenost až 250 metrů.

Co dokáže inteligentní prach?
Bezdrátově komunikovat se svým okolím, bezdrátově komunikovat mezi sebou, vytvářet distribuovanou výpočetní sít.
Moty se po rozprášení na určitém území automaticky spojí do jedné velké sítě. Síť je schopná vyhodnocovat situaci na vysoké úrovni a posílat do nadřízeného informačního systému už zpracované analýzy.

Základní součásti motů
Aktuální rozměry motu jsou zhruba 4mm na 3 a v tomto skutečně malém prostoru se nachází všechny zařízení potřebná na jeho činnost.
Základní součástí motu jsou senzory. Sbírají informace o teplotě, vlhkosti, intenzitě osvětlení, vibracích a tlaku vzduchu. V budoucnosti k nim přibudou další typy. Do úvahy přichází v pokročilém stádiu výzkumu například senzor na zvuk a obraz.
Mikroprocesor slouží na zpracování informací získaných jak ze senzorů motu, tak i z komunikačního zařízení. Na uložení programu pro mikroprocesor a nasnímaných nebo přenesených dat slouží pamět SRAM.
Komunikaci s ostatními moty nebo nadřízeným zařízením zabezpečuje důmyslný komunikační aparát.
Zařízení samozřejměpotřebuje i zdroje energie a baterie, kam se energie ukládá.

Činnost inteligentního prachu
Činnost, kterou je zařízení schopné vykonávat, je určena tím, jaké senzory jsou do něho namontované a jaký je aktuální program uložený v mikrokontroléri. Celá činnost motu je přizpůsobena nutnosti šetřit energii. Mot je 99 procent času v pohotovostním režimu, po tuto dobu pracují jenom časovače, a jenom 1 procento  času skutečně vykonává svoji činnost. Časovače odpočítávají čas, který uplynul od určité činnosti motu. Když časovač dosáhne nulovou hodnotu, spustí příslušnou část motu, kterou může být komunikační kanál, senzor, analogový – digitální převodník nebo mikroprocesor. Dané zařízení po skončení své činnosti nastaví znovu časovač na určenou hodnotu, uspí se. Takto se střídavě, podle toho, který časovač se vynuluje, zapínají a vypínají jednotlivé součásti motu. V čase nečinnosti se zařízení snaží získávat energii.
Senzory snímají příslušné hodnoty fyzikálních veličin z okolí a posouvají je do analogového – digitálního převodníku. Ten je převede do digitální podoby a uloží do paměti SRAM. Mikrokontrolor je následně vyhodnotí a určí, zda se mají smazat, archivovat nebo odvysílat zprávu. Mikrokontrolor také může přijímat přes komunikační kanál nový program, a tak je možné zařízení za chodu přeprogramovat na nový typ úloh.
Baterie chodu je schopná uchovávat energii s hustotou 1 J na 1 mm3. Vzhledem na malé rozměry motu je jeho celková kapacita velmi malá. Vědci proto pracují na minimalizaci spotřeby energie jednotlivými součástmi motu. Zdrojem energie je mimo baterie nabité z výroby také sluneční kolektor, který je schopný dodávat energii při přímém slunečním osvětlení, ale i ve standardní místnosti. Mot může získávat energii také mnohem netradičně – ze změny tlaku vzduchu nebo z otřesů. Díky těmto opatřením by měl mot dosahovat životnost až několik roků a aktivně po tuto dobu pracovat.

Jaké jsou komunikační prostředky
Velmi zajímavé je řešený komunikační systém. Ten by mohl používat na přenos dat světelný paprsek, protože je mnohem výhodnější než rádiová komunikace. Každý mot je vybavený emitorem světla, který je díky mikromechanicky ovládaném zrcadlu možné vysílat libovolným směrem. Další komunikační zařízení je pasivní,  není však určené jen na příjem informací, ale i na jejich vysílání. Využívá princip známý už od prvního využití zrcadel. Nadřízený systém vysílá směrem k motu  paprsek a mot ho pomocí soustavy zrcadel odráží zpět, přitom do něho moduluje informaci. Systém zrcadel se skládá z třech čtvercových zrcadel, umístěných navzájem do pravých úhlů, takže je můžeme přirovnat například k rohu místnosti. Díky tomuto uspořádání světelný paprsek, který vletí do tohoto prostoru, je odražen přesně tím stejným směrem, odkud přiletěl. Minimálními pohyby jednoho ze zrcadel je potom možné modulovat do tohoto paprsku informaci.Takový systém komunikace je velmi efektivní, přitom při použití makromotů byly přenosy až na vzdálenost 20 km.

Kde se dá inteligentní prach využít?

Pro inteligentní prach existuje v současnosti množství potencionálních komerčních aplikací,  tedy by mohl najít využití v mnohých oblastech našeho života. Mimo civilní sféry se počítá také s využitím ve vojenské sféře a ve špionáži. V oblasti dopravy, přepravy, logistiky a zasílatelství by se mohlo jednat i o tyto možnosti využití:

– v monitorování povětrnostních změn a v monitorování počasí,
– při zapracování senzorů do balicí techniky výrobků – využití například při automatických inventurách ve skladech,
– sledování pohybu dopravního prostředku a zboží,
– sledování parametrů dopravních prostředků ve všech druzích dopravy,
– monitorování hustoty dopravy na frekventovaných dopravních komunikacích,
– na odhalování chyb při průmyslné výrobě prostřednictvím zachytávání vibrací, které se nacházejí mimo stanovené pásma,
– při sledování pohybu návštěvníků ve firmě,
– jako součást technologie tzv. inteligentních budou – jednoduchým přimícháním do omítky budov – pomocí inteligentního prachu bude možné sbírat informace o stavu budovy a bude je možné i řídit. (využití při inteligentních skladech)
– při monitorování spotřeby energie ve firmách, to pomůže zlepšit využívání energetických zdrojů
– na monitorování stavu prostředí – například inteligentní prach může být rozprášen v okolí chemických továren a jaderných elektráren a jeho hlavní úlohou by bylo okamžité informování o možné havárii.
Inteligentní prach má perspektivní využití také při ochraně proti krádeži a ztrátě, a při zajištění bezpečnosti, či už při skladování nebo samostatné přepravě. Je velmi těžké ho odhalit, možné ho rozprášit na obrovském území a sledovat tak například pohyb osob nebo, naopak, soustředit se na malou plochu kanceláře nebo skladu. Není ho třeba instalovat, stačí ho rozprášit.

Jak využít inteligentní prach v železniční nákladní přepravě
Rozptýlením inteligentního prachu (podmínkou je rozptýlení v uzavřeném prostoru – v nákladním železničním vozu,v kontejneru, ve výměnné nadstavbě.
S využitím inteligentního prachu se uvažuje hlavně v zásilkách, u kterých se vyžaduje zvýšená pozornost. Jde hlavně o přepravy za zvláštních podmínek:
*přeprava lehce zkazitelného zboží,
*přeprava živých zvířat,
*přeprava nebezpečného zboží,
*přeprava cenných zásilek.

Jak využít inteligentní prach při přepravě lehko zkazitelného zboží
Za lehce zkazitelné zboží se považuje zboží, které se rychle kazí a které během přepravy po železnici vyžaduje zvláštní opatření, aby bylo chráněno před vlivem tepla nebo zimy. Tedy lehce zkazitelné zboží vyžaduje během přepravy chlazení, větrání, vytápění nebo jinou ochranu před vlivem tepla nebo zimy.
Inteligentní prach má po rozprášení například v železničním vozu následující poslání:
*sledovat vlhkost, teplotu, vibraci, větrání a prašnost
*dálkové regulování teploty a vlhkosti podle potřeby
*ochrana zásilek proti odcizení
*signalizaci poruchy chladícího, mrazícího nebo vyhřívacího zařízení,
*signalizaci nevyhovujícího prostředí pro určenou přepravu

Jak využít inteligentní prach při přepravě nebezpečného zboží
*Sledování změn prostředí uvnitř železničního vozu
*signalizování náhlých změn prostředí, které by mohly nepříznivě působit na přepravované nebezpečné zboží
*sledování fyzikálních vlastností (vlhkosti, teploty, vibrací), které by mohly nepříznivě působit na přepravované nebezpečné zboží
*signalizování havarijního stavu,
*signalizování narušení železničního vozu

Jak využít inteligentní prach při přepravě cenných zásilek
Cenná zásilka je zásilka, která má vysokou finanční hodnotu, popř. má jinou hodnotu (společenskou, osobní, uměleckou, historickou, případně jinou). Jde tu o využití inteligentního prachu spíše z bezpečnostních důvodů, ale nevylučuje se také jiné sledování, jaké si to vlastnosti zásilky vyžadují.
Využití:
*monitorování prostředí ve vnitřku železničního vozu, kontejneru nebo výměnné nadstavby,
*signalizace při mimořádných situacích (poškození dopravního nebo přepravního prostředku),
*signalizace náhlé změny prostředí
*signalizace při pokusu o odcizení zásilky,
*pokud se jedná o zásilku přepravovanou za zvláštních podmínek, tak monitorování specifických vlastností

Rubriky:  Technika
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce

Související články

Heslo zapsané v hlavě? Ani zde není zcela v bezpečí!

Heslo zapsané v hlavě? Ani zde...

Staré úsloví tvrdí, že co má člověk v hlavě, to mu nikdo neukradne. Na první...
OBRAZEM: Příběh vzducholodi Hindenburg

OBRAZEM: Příběh vzducholodi...

Obyvatelé Paříže toho dne mysleli, že je šálí zrak. Zatímco kalendář...
Tank Karrar vyrazí do akce ještě v letošním roce

Tank Karrar vyrazí do akce ještě v...

Podle dostupných informací by se mělo jednat o velmi účinnou zbraň,...
Věda a sport: Odborníci se ptali na vítěze fotbalového MS umělé inteligence

Věda a sport: Odborníci se ptali na...

Celý projekt je výsledkem spolupráce belgických a německých vědců, kteří...
Zdroj nepřátelské palby zvládne najít zbraňový senzor PEARL

Zdroj nepřátelské palby zvládne...

Tento nový, přenosný systém lze nainstalovat na ruční zbraň. Výhodou je,...
Rozpoznají drony násilí v davu lidí?

Rozpoznají drony násilí v davu...

Vědcům z anglické univerzity v Cambridge se podařilo najít řešení umělé...
Legendy 2018 pokračují i v neděli

Legendy 2018 pokračují i v neděli

Redakce 21. století se dnes zúčastnila největší české motoristické...
Robot měnící během letu svou konstrukci

Robot měnící během letu svou...

Vědcům z institutu Étienne Jules Marey Institute of Movement Sciences...
Čeští policisté posílí svou letku dronů

Čeští policisté posílí svou letku...

Policie České republiky je se svými stávajícími pěti drony natolik spokojená, že...
Nejrychlejší a největší 3D tiskárna je velká jako autobus

Nejrychlejší a největší 3D...

V letošním roce představila australská společnost Titomic 3D tiskárnu,...

Nenechte si ujít další zajímavé články

První český cestovatel Oldřich z Pordenone kritizoval kanibaly i pohřební rituály Tibeťanů

První český cestovatel Oldřich z...

První známý Čech – cestovatel, mnich Oldřich, se v létě roku 1327 účastní...
Zapálili Prahu v roce 1689 francouzští žháři?

Zapálili Prahu v roce 1689...

Francouzský král Ludvík XIV. se užírá vzteky. 20. září 1688 do Paříže dorazily...
VIDEO: Co všechno je lidské tělo schopné přežít?

VIDEO: Co všechno je lidské tělo...

Byli jste někdy zvědaví, jak dlouho dokáže člověk vydržet...
„Bože, ono to mluví!“ aneb příběh utrženého sluchátka

„Bože, ono to mluví!“ aneb příběh...

Lze si představit současnou civilizaci bez mobilů? Asi těžko. Telefony mohou...
100 let španělské chřipky: Masová vražedkyně si oběti nevybírala!

100 let španělské chřipky: Masová...

Rok 1918 se nese v duchu prolité krve. Světem už čtvrtý rok cloumá...
Octová dieta: Bizarním prostředkem ke zhubnutí se tráví i lord Byron

Octová dieta: Bizarním prostředkem...

Lžičce jablečného octu před každým jídlem údajně vděčí za své postavy i...
Jaké bude marťanské menu?

Jaké bude marťanské menu?

O pilotovaném letu k Marsu se v odborných i laických kruzích hovoří poměrně...
Tužka: Svět s ní píše už 460 let!

Tužka: Svět s ní píše už 460 let!

Tenký váleček grafitu zasazený do kousku dřeva. Snadno se s ním píše, napsané...
Frank: Město, na které dopadne 90 milionů tun skály!

Frank: Město, na které dopadne 90...

Když je něco pevné jako skála, tak to ještě nemusí být pevné. A když...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.