درک گرد و غبار هوشمند و MEMS

میکرو الکترومکانیکی سیستم ها (MEMS) و گرد و غبار هوشمند نشان دهنده یک همگرایی از مینیاتوراسیون، سنجش و ارتباطات بی سیم است که مجموعه داده های تغییر شکل یافته در سراسر صنایع است. دستگاه های MEMS عناصر مکانیکی، سنسورها، محرک ها و الکترونیک را در یک بستر مشترک سیلیکون از طریق تکنیک های میکروسیم سازی مشتق شده از تولید یکپارچه ترکیب می کنند.

اصطلاح " گرد و غبار هوشمند" در اواخر دهه 1990 توسط محققان در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، که پیش بینی می کرد سنسور خودکار که می تواند مانند گرد و غبار پراکنده شده است، هر mote شامل یک منبع برق، سنسور، یک پردازنده، و یک فرستنده رادیویی، همه بسته بندی شده در حجم کمتر از یک میلی متر مکعب است، در حالی که نمونه اولیه بزرگتر، پیشرفت های مداوم در تولید انرژی مدرن، و تولید قطعات الکترونیکی، به ارمغان آورد، و تولید قطعات بصری پایین، همه.

برنامه های فعلی

فناوری MEMS در حال حاضر به طور عمیقی در دستگاه های روزمره و سیستم های صنعتی جاسازی شده است. تطبیق پذیری سنسور های MEMS ناشی از توانایی آنها برای تشخیص سرعت، سرعت زاویه ای، فشار، دما، میدان های مغناطیسی، عوامل شیمیایی و بیولوژیکی و حتی دامنه های نرم افزار کلیدی شامل:

  • سیستم های خودکارسازی: MEMS شتاب سنج و ژیروسکوپ باعث استقرار کیسه هوا، کنترل ثبات الکترونیکی و پشتیبانی از سنسورهای نظارت بر فشار تایر (TPMS) بر سنسورهای فشار MEMS برای بهبود ایمنی و بهره وری سوخت متکی هستند.
  • الکترونیک مصرفی: تلفن های هوشمند و پوشیدنی ها از میکروسکوپ های MEMS، ژیروسکوپ ها و مغناطیس سنج ها برای جهت گیری صفحه، شمارش گام و تشخیص حرکت استفاده می کنند. میکروفون و بلندگوها در حال حاضر در دستگاه های صوتی استاندارد هستند، در حالی که پردازنده های نور دیجیتال (DLP) در پروژکتورها از آرایه های M استفاده می کنند.
  • دستگاه های پزشکی: سنسورهای فشار MEMS فشار خون و فشار داخل چشم را نظارت می کنند.سیستم های آزمایشگاه-on-a-chip ادغام میکروفلدیک ها و سنسورها برای تشخیص های مراقبتی نقطه از مواد مخدر استفاده از پمپ های MEMS برای انجام دقیق.
  • اتوماسیون صنعتی: ، شتاب سنج و سنسورهای دما، ارتعاشات تجهیزات و شرایط حرارتی را برای نگهداری پیش بینی کننده نظارت می کنند.
  • نظارت بر محیط زیست: شبکه های سنسور بی سیم شامل سنسورهای گاز MEMS، سنسور رطوبت و سنسور های فشار کیفیت هوا، الگوهای آب و هوا و سطح آلودگی در زمان واقعی است.

این برنامه ها نشان دهنده بلوغ ساخت MEMS و استفاده گسترده از تکنولوژی میکرو سنسور است، با این حال، پتانسیل کامل گرد و غبار هوشمند - که در آن موست ها به طور خودکار برای سال ها در حالی که ارتباط با شبکه های گسترده - نوآوری بیشتر در قدرت، ارتباطات و هوش را می طلبد.

آینده گرد و غبار هوشمند و MEMS

پیشرفت در برداشت انرژی و مدیریت قدرت

یکی از مهمترین موانع برای استقرار گرد و غبار هوشمند طول عمر محدود باتری است. [] سنسورهای آینده به طور فزاینده ای انرژی را از محیط خود گسترش می دهند. تکنیک های برداشت انرژی تبدیل ارتعاشات محیط زیست، گرادیان حرارتی، نور یا انرژی فرکانس رادیویی به انرژی الکتریکی 1، ژنراتورهای ترکیبی از انرژی الکتریکی می توانند به طور نامحدود از ارتعاشات ماشین آلات؛ دستگاه های حرارتی بهره برداری از سلول های فتوولتائیک؛ سلول های فتوولتائیک در سطوح مناسب برداشت انرژی داخلی و یا دستگاه های انرژی مایع نور مایع مانند حالت متناوب، به طور مداوم، به طور مداوم، به طور مداوم، نشان دهند.

پروتکل های ارتباطی و شبکه

ارتباطات قابل اعتماد و کم قدرت یک چالش حیاتی است. رادیوهای سنتی انرژی زیادی برای فولیکولهایی که باید سال ها طول بکشد مصرف می کنند. رویکردهای نوظهور شامل ارتباطات backscatter است، جایی که یک سنسور سیگنال های رادیویی محیطی را برای انتقال داده ها منعکس می کند؛ انتقال دهنده های نوری با استفاده از گره های گرد و یا لیزر برای پیوندهای کوتاه مدت خط دید؛ و ارتباطات صوتی از طریق استانداردهای اتصال جامد یا (FIST) و توسعه سیستم های تجزیه و تحلیل های هوشمند است.

ادغام با هوش مصنوعی

گرد و غبار هوشمند حجم عظیمی از داده های سنسور خام را تولید می کند. انتقال تمام داده ها به یک سرور مرکزی ظرفیت شبکه را مختل می کند و قدرت تخلیه را با ادغام یادگیری ماشین به طور مستقیم بر روی سنسور از راه دور - AI پیشرفته - دستگاه می تواند داده ها را پیش پردازش کند، الگوهای شناسایی را تشخیص دهد و تنها اطلاعات مربوط به آن را انتقال دهد.

تغییرات زیست محیطی و بهداشتی

فن آوری MEMS آماده است تا با فعال کردن نظارت مداوم و حداقل تهاجمی از پارامترهای فیزیولوژیکی. سنسورهای بی سیم MEMS که در داخل بدن قرار می گیرند، می توانند سطح گلوکز، pH، دما، فشار و نیروهای بیولوژیکی مکانیکی را ردیابی کنند، کپسول های هوشمند قابل هضم می توانند شرایط دستگاه گوارش را تشخیص دهند، در حالی که بسته بندی های زیر پوستی می توانند بیماری های مزمن را در (FLT0:جان) نظارت کنند.

نظارت بر محیط زیست و زیرساخت های بزرگ

استقرار گرد و غبار هوشمند در مناطق گسترده می تواند شبکه های سنجش متراکم و زمان واقعی (برای علوم زیست محیطی و مهندسی عمران) ایجاد کند.در کشاورزی، شبکه های راه دور می توانند رطوبت خاک، سطح مواد مغذی و تغییرات میکرو و هوا را اندازه گیری کنند تا آبیاری و بارور شدن آب را بهینه کنند؛ این مقیاس هوشمند از هواپیما می تواند لوله های گاز سمی را نقشه برداری کند، بازماندگان تحت تجزیه و تحلیل، و تحلیل دقیق و تحلیل ساختار پس از تحقیقات آب فعلی، این سیستم های هوشمند را ارائه می دهد.

نوآوری های نظامی و دفاعی

سازمان های دفاعی در حال بررسی گرد و غبار هوشمند برای نظارت، شناسایی و تشخیص تهدید هستند. Miniaturized آکوستیک، لرزه و سنسورهای شیمیایی می توانند برای ایجاد آگاهی موقت وضعیت در مناطق انکار شده، سیستم های ناوبری مبتنی بر MEMS از ناوبری GPS برای توافق نامه ها و مهمات پشتیبانی کنند.

چالش های Overcome

قدرت Constraints و قابلیت اطمینان

حتی با برداشت انرژی، حفظ عملیات قابل اعتماد در طول سال بدون تعمیر و نگهداری، انگیزه ها ممکن است کاهش قدرت، حرکت جزئی یا آسیب فیزیکی را تجربه کنند. ردموند و پروتکل های شبکه خود شفا دهنده می توانند برخی از مسائل را کاهش دهند، اما سازگاری تولید و ثبات مواد بلند مدت همچنان سوالات پژوهشی باز است.

امنیت داده ها و حریم خصوصی

شبکه های گرد و غبار هوشمند در برابر حذف، پراکنده شدن و حملات انکار سرویس از طریق سرویس آسیب پذیر هستند، رمزگذاری انتقال در رادیوهای کم قدرت به طور محاسباتی گران است.ت.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.اس.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.ک.

مقیاس پذیری و هزینه

در حالی که ساخت MEMS برای برنامه های با حجم بالا بالغ است، تولید واقعا ارزان گرد و غبار هوشمند (potential Cost سنت هر) نیاز به پیشرفت در بسته بندی، تست و مونتاژ است. Heterogened یکپارچگی - ترکیب سنسورهای MEMS با منطق، حافظه و منابع برق در یک ماژول تک افزودنی تولید - یک منطقه فعال از تحقیقات مقیاس میلیاردها برای افزایش سوالات زیست محیطی و همچنین مواد زباله الکترونیکی و مواد زائد است.

مفاهیم اخلاقی و اجتماعی

وجود گرد و غبار هوشمند می تواند نظارت فراگیر را فعال کند، افزایش نگرانی در مورد آزادی های مدنی.سیاست ها باید استفاده قابل قبول، مالکیت داده ها را تعریف کنند، و حق انتخاب.علاوه بر آن، ردپای محیط زیست تولید موست های مبتنی بر سیلیکون، از جمله استفاده از انرژی و زباله های شیمیایی، باید به حداقل برسد اصول طراحی مسئول، از جمله زیست محیطی یا بازیافت، در برنامه های پایداری دانشگاهی و پایداری شرکت ها مورد بررسی قرار می گیرد.

نتیجه گیری

گرد و غبار هوشمند و MEMS از کنجکاوی های آزمایشگاهی به فن آوری های عملی که نسل بعدی سنسور های متصل را زیر پا می گذارد، حرکت می کنند، توانایی آنها برای ارائه اطلاعات دقیق و واقعی در یک عامل فرم جمع و جور فرصت های هیجان انگیز در زمینه های متعدد - از مراقبت های بهداشتی و کشاورزی به دفاع و علوم زیست محیطی، به عنوان پیشرفت در برداشت انرژی، لبه هوش مصنوعی، و ارتباطات کم همکاری بر محدودیت های فعلی، ما می تواند مطمئن شود بخشی از پایداری جهانی، و نه تنها به بخش یکپارچه از توسعه دهنده های امنیتی جهانی، و نه تنها به بخش از توسعه دهنده های هوشمند است.