الغبار الذكي – مزيج من تكنولوجيا النانو وتكنولوجيا إدارة الطاقة

المقدمة:

تحدثنا في إحدى المدونات السابقة عن الاتصال الجزيئي وهو مستوحى من الاتصال في الأنظمة البيولوجية ويستخدم مفهوم تقنية النانو في تحقيق أهدافه. التصميم.

سنتحدث اليوم عن تقنية أخرى وهي إحدى تطبيقات تصميمات تقنية النانو وهي Smart Dust. في تكنولوجيا النانو، الغبار الذكي عبارة عن شبكة مخصصة من الأجهزة الصغيرة المجهزة بأجهزة استشعار كهروميكانيكية لاسلكية صغيرة (MEMS). يُشار إلى Smart Dust أيضًا باسم Smart Matter.

التعريف:

كمية كبيرة من الأجهزة الكهروميكانيكية الدقيقة المستقلة ذاتيًا بحجم ملليمتر والتي تتكون من أجهزة استشعار والقدرة الحسابية وتكنولوجيا الاتصالات اللاسلكية ثنائية الاتجاه وإمدادات الطاقة تشكل Smart Dust.

ويشار إلى هذه الأجهزة الفردية بشكل فردي باسم Motes. تُعرف الآلاف من هذه الذرات بشكل جماعي باسم Smart Dust. يمكن أن تنتشر ذرات صغيرة مثل ذرات الغبار في جو مكان ما لرصد وجمع البيانات المتعلقة بجودة الهواء ودرجة الحرارة وأشياء أخرى كثيرة. لقد وجدت أجهزة الغبار الذكية تطبيقات في كل شيء تقريبًا بدءًا من المجالات العسكرية ومرورًا بالأرصاد الجوية وحتى المجالات الطبية.

المكونات الرئيسية:

يحتوي جهاز الغبار الذكي على المكونات التالية:

أجهزة الاستشعار

جهاز استقبال كاشف الصور

جهاز إرسال سلبي مع عاكس خلفي على شكل مكعب زاوية

جهاز إرسال نشط مزود بصمام ثنائي ليزر وتوجيه شعاع

الإدخال / الإخراج التناظري ومعالجة الإشارات (DSP أو وحدة التحكم الدقيقة) ودوائر التحكم

مصدر الطاقة من الخلايا الشمسية وبطاريات الغشاء السميك.

مصدر الصورة: Researchgate.net

صغر حجم ذرات الغبار مثل جزيئات الغبار. ومن ثم، فإن هذه الحركات هي المثال المثالي للأجهزة التي تستخدم التقدم التطوري والثوري في التصغير والتكامل وتكنولوجيا إدارة الطاقة. تم استخدام الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة لتصميم أجهزة الاستشعار الصغيرة ومكونات الاتصالات البصرية وإمدادات الطاقة. تُستخدم الإلكترونيات الدقيقة لتوفير وظائف رائعة مع استهلاك منخفض للطاقة.

تتكون حركات الغبار الذكية من نوعين من ناقل الحركة النشط والسلبي. يستخدم ناقل الحركة النشط صمام ثنائي ليزر ومرايا قابلة للتوجيه للاتصال من جهاز إلى جهاز. بينما يتم استخدام العاكس المكعب الركني في الإرسال السلبي للإرسال إلى المحطات الأساسية.

مبدأ العمل محتوى Smart Dust:

تتكون كل حركات غبار ذكية من وحدة تحكم دقيقة تحدد المهمة التي ستؤديها وتراقب إمداد الطاقة لمختلف مكونات النظام للحفاظ على الطاقة. يقرأ المتحكم الدقيق الإشارات الصادرة من أحد أجهزة الاستشعار التي تقيس المحفزات الفيزيائية أو الكيميائية المختلفة مثل درجة الحرارة أو الضوء المحيط أو الاهتزاز أو التسارع أو ضغط الهواء. عند استقبال الإشارة يقوم بمعالجة البيانات وتخزينها في الذاكرة.

يتحكم المتحكم الدقيق أيضًا في جهاز الاستقبال البصري للتحقق من وجود أي إشارات اتصال من قبل أي شخص. تتكون إشارات الاتصال هذه من برامج جديدة أو رسائل من حركات أخرى. استجابة لهذه الرسائل أو بمبادرة منه، ينقل المتحكم الدقيق بيانات المستشعر أو الرسالة إلى محطة قاعدة أو ذرة أخرى باستخدام عاكس أو ليزر مكعب الزاوية.

راجع أيضًا: التكنولوجيا الحيوية: رحلة من أصلها حتى الآن - رسم بياني

مزايا Smart Dust:

تتمتع تقنية Smart Dust بالعديد من الفوائد المحتملة والفعلية التي يمكن أن تحدث ثورة في مجموعة واسعة من الصناعات التي تتراوح بين الأبحاث البيئية، ومراقبة المخزون داخل المؤسسة، والوظائف المختلفة داخل المناطق الحضرية والجيش.

يقلل من تكاليف البنية التحتية والأنظمة.

يساعد الموظفين على زيادة إنتاجية المصنع.

يعمل على تحسين السلامة والكفاءة والامتثال في مكان العمل.

يمنح المزارعين إدارة أفضل للوقت.

يساعد في تحسين إدارة التسميد من خلال مراعاة احتياجات المحصول.

إنه يقلل من كمية المنتجات المعيبة التي تنتج عن التجميع.

المزايا الأخرى هي مراقبة حالة المعدات، ومراقبة الأصول، والتحكم في الماكينة ومراقبة العمليات والتحكم فيها.

مساوئ Smart Dust:

التحدي الأكبر الذي نواجهه هو الخصوصية التي يجب التعامل معها بشكل صحيح.

لقد تسبب ذلك في مشاكل بيئية سلبية في بعض التطبيقات.

إن أجهزة الاستشعار في تصميم الغبار الذكي مكلفة للغاية و ومن ثم ترتفع تكلفة الأنظمة.

قد تنشأ إحدى العيوب المحتملة إذا استخدمت الشركات الغبار الذكي الذي يستمد الطاقة من المصادر المشعة. على الرغم من أن الباحثين يؤكدون أنه لن يكون له أي آثار ضارة، إلا أن الموظفين قد يرفضون العمل.

تطبيقات الغبار الذكي:

أتمتة المصانع ومصانع المواد الكيميائية - يمكن وضع ذرات الغبار الذكية في أنابيب المصانع الكيميائية للكشف عن التآكل المحتمل التي تحدث فيها أو للتحقق من الإطلاق العرضي للمواد الكيميائية.

يمكن أيضًا استخدام وحدات الغبار الذكية في مراقبة درجة حرارة غرفة الخادم، وبالتالي التحكم في عمل مكيفات الهواء.

مراقبة البيئة والموائل – يمكن أيضًا بناء وحدات غبار ذكية مزودة بأجهزة استشعار يمكنها تحديد مستويات التلوث في الغلاف الجوي. يمكن إسقاط ذرات الغبار الذكية في الغابة وستحذرنا أجهزة الاستشعار من الحرائق المحتملة.

الاستشعار الصناعي - يُستخدم الغبار الذكي في الصناعات التي لا يمكن تركيب أجهزة استشعار سلكية فيها، مثل الآلات الدوارة وأنفاق الرياح.

مجال النقل - يمكن أن يكون الغبار الذكي ذا فائدة كبيرة في مراقبة حركة المرور والتعرف على إشارات الطريق في الظروف الجوية السيئة. يمكن أن تعمل حركات الغبار الذكية كجهاز بث وتنقل الإشارات إلى نظام السيارة لتنبيه السائق بوجود إشارة الطريق أمامه أثناء الطقس السيئ وضعف الرؤية.

الاستشعار العسكري - يمكن أن يكون الغبار الذكي مفيدًا في الحفاظ على نظافة السيارة. مراقبة تحركات العدو في المناطق التي يتعذر الوصول إليها. كما يقومون بالتحقق من إطلاق أي مواد سامة وخطيرة في الهواء.

قطاع الزراعة – يمكن استخدام Smart Dust في قطاع الزراعة لمراقبة درجة حرارة الهواء في جميع أنحاء حقل الكرم. يمكنهم إرسال إشارات تنبيه عند اكتشاف الصقيع لحمايتهم من أي ضرر. يمكن أيضًا بناء المحركات باستخدام أجهزة استشعار يمكنها مراقبة درجة حموضة التربة وملوحتها والتقاطها.

الخلاصة:

تتمثل تطبيقات وفوائد تكنولوجيا الغبار الذكية في لا حدود لها. يمكن أن تكون ذات فائدة كبيرة في جميع مجالات الحياة تقريبًا التي يمكن للعقل البشري أن يفكر فيها. تجري العديد من الأبحاث بشكل أساسي لاختبار مدى التطبيق العملي للتطبيقات ولجعلها صغيرة قدر الإمكان.

_{قراءة: 0}