Smart Dust: combinación de nanotecnología y tecnología de gestión de energía

Introducción:

En uno de los blogs anteriores, hablamos de Comunicación Molecular que se inspira en la comunicación en los sistemas biológicos y utiliza el concepto de Nano Tecnología para su diseño.

Hoy estaríamos discutiendo sobre una tecnología más de este tipo, que es una de las aplicaciones de diseños de nanotecnología y es Smart Dust. En nanotecnología, el polvo inteligente es una red ad hoc de pequeños dispositivos equipados con sensores microelectromecánicos inalámbricos (MEMS). Smart Dust también se conoce como Smart Matter.

Definición:

Gran cantidad de dispositivos microelectromecánicos autónomos de escala milimétrica que se componen de sensores , capacidad computacional, tecnología de comunicaciones inalámbricas bidireccionales y una fuente de alimentación forman el Smart Dust.

Estos dispositivos individuales se denominan individualmente Motes. Miles de estas motas se conocen colectivamente como Smart Dust. Motas tan pequeñas como partículas de polvo podrían esparcirse en la atmósfera de un lugar para monitorear y recopilar datos sobre la calidad del aire, la temperatura y muchas otras cosas. Los dispositivos Smart Dust han encontrado aplicaciones en casi todos los campos, desde militares hasta meteorológicos y médicos.

Componentes clave:

El dispositivo Smart Dust contiene los siguientes componentes:

Sensores

Receptor fotodetector

Transmisor pasivo con retrorreflector Corner-Cube

Transmisor activo con diodo láser y dirección del haz

Entrada/salida analógica, procesamiento de señales (DSP o microcontrolador) y circuitos de control

Fuente de energía a partir de células solares y baterías de película gruesa.

Fuente de la imagen: researchgate.net

las motas de polvo inteligentes son tan pequeñas como las partículas de polvo. Por lo tanto, estas motas son el ejemplo perfecto de dispositivos que utilizan avances tanto evolutivos como revolucionarios en miniaturización, integración y tecnología de gestión de energía. Se han utilizado sistemas microelectromecánicos para diseñar pequeños sensores, componentes de comunicación óptica y fuentes de alimentación. La microelectrónica se utiliza para proporcionar una gran funcionalidad con un bajo consumo de energía.

Smart Dust Motes se compone de dos tipos de transmisión activa y pasiva. La transmisión activa utiliza diodos láser y espejos orientables para la comunicación de dispositivo a dispositivo. Mientras que el reflector de cubo de esquina se utiliza en transmisión pasiva para transmitir a estaciones base.

Principio de funcionamiento iple de Smart Dust:

Cada Smart Dust Motes consta de un microcontrolador que determina la tarea que debe realizar y monitorea el suministro de energía a varios componentes del sistema para conservar energía. El microcontrolador lee las señales de uno de los sensores que miden diferentes estímulos físicos o químicos como temperatura, luz ambiental, vibración, aceleración o presión del aire. Al recibir la señal, procesa los datos y los almacena en la memoria.

El microcontrolador también controla el receptor óptico para verificar si hay señales de comunicación de cualquier persona. Estas señales de comunicación consisten en nuevos programas o mensajes de otras motas. En respuesta a estos mensajes o por iniciativa propia, el microcontrolador transmite los datos del sensor o un mensaje a una estación base u otra mota utilizando el retrorreflector o láser del cubo de la esquina.

Ver también: Biotecnología: viaje desde su origen hasta la fecha – Infografía

Ventajas de Smart Dust:

La tecnología Smart Dust tiene muchos beneficios potenciales y reales que pueden revolucionar una amplia gama de industrias que van desde la investigación ecológica, el control de inventario dentro de una organización, varias funciones dentro de una área urbana y el ejército.

Reduce los costos de infraestructura y sistemas.

Ayuda a los empleados a aumentar la productividad de la fábrica.

Mejora la seguridad, la eficiencia y el cumplimiento en el lugar de trabajo.

Le da a los agricultores una mejor gestión del tiempo.

Ayuda a mejorar la gestión de la fertilización considerando las necesidades del cultivo.

minimiza la cantidad de productos defectuosos que salen del ensamblaje.

Otras ventajas son el monitoreo de la condición del equipo, el monitoreo de activos, el control de la máquina y el monitoreo y control del proceso.

Desventajas de Smart Dust:

El El mayor desafío al que nos enfrentamos es la privacidad, que debe manejarse adecuadamente.

Ha causado problemas ambientales adversos en ciertas aplicaciones.

Los sensores en el diseño inteligente de polvo son muy costosos y por lo tanto, el costo de los sistemas aumenta.

Puede surgir una posible desventaja si las empresas utilizan polvo inteligente que extrae energía de fuentes radiactivas. Aunque los investigadores confirman que no tendría ningún efecto nocivo, los empleados pueden negarse a trabajar.

Aplicaciones de Smart Dust:

Automatización de fábricas y plantas químicas: las motas de polvo inteligentes podrían ubicarse en las tuberías de las plantas químicas para detectar posible corro sion que ocurre en ellos o para comprobar si hay liberación accidental de productos químicos.

Las motas de polvo inteligentes también se pueden usar para monitorear la temperatura de la sala de servidores y, por lo tanto, controlan el funcionamiento de los acondicionadores de aire.

Monitoreo del medio ambiente y el hábitat: también se podrían construir motas de polvo inteligentes con sensores que podrían identificar los niveles de contaminación en la atmósfera. Se podrían dejar caer motas de polvo inteligentes en el bosque y los sensores nos advertirían de posibles incendios.

Detección industrial: el polvo inteligente se utiliza en industrias donde no se pueden instalar sensores cableados, como máquinas rotativas y túneles de viento.

Dominio del transporte: el polvo inteligente podría ser de gran beneficio en la vigilancia del tráfico y el reconocimiento de señales de tráfico en condiciones climáticas adversas. Las motas de polvo inteligentes pueden funcionar como emisoras y transmitir señales al sistema del automóvil para alertar al conductor de las señales de tráfico que se encuentran adelante durante el mal tiempo y la mala visibilidad.

Detección militar: el polvo inteligente podría resultar útil para mantener una Vigilar los movimientos enemigos en las zonas inaccesibles. También verifican la liberación de sustancias venenosas y peligrosas en el aire.

Sector agrícola: Smart Dust podría usarse en el sector agrícola para monitorear la temperatura del aire en el campo de viñedos. Pueden transmitir señales de alerta al detectar heladas para protegerlos de cualquier daño. Las motas también podrían construirse con sensores que puedan monitorear y capturar el pH y la salinidad del suelo.

Conclusión:

Las aplicaciones y beneficios de la tecnología de polvo inteligente son sin límites. Podría resultar de gran ventaja en casi todas las esferas de la vida que la mente humana pueda imaginar. Muchas investigaciones se están llevando a cabo básicamente para probar la practicidad de las aplicaciones y hacerlas lo más pequeñas posible.

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