Умная пыль. Smart Dust: у пыли уже хватает ума помочь человеку Умная пыль уничтожить мир

Облачный ИИ, платформа как услуга, данные как услуга. Хотя машинное обучение не новая технология, его внедрение через платформы изменит миллионы, может, даже миллиарды жизней так же, как когда-то их изменили облачные технологии.

Дополненная, искусственная, виртуальная реальности. Некоторые из этих терминов используются как равнозначные, но на самом деле они обозначают совершенно разные вещи: вокруг виртуальной реальности было много хайпа, но было создано совсем немного конкретных приложений, дополненная реальность показывает хороший потенциал в качестве расширения для цифровых платформ: каждая стена может стать экраном.

Кроме того, представьте сборку мебели IKEA с помощью схем и инструкций, которые появляются внутри очков. Или можно будет находить закономерности в реальном мире с помощью AR и машинного обучения. Или найти конкретного человека в толпе за секунды. И этот список можно продолжать.

Беспилотные автомобили. Если изменить автомобиль, то поменяется и проектирование городов. Всё очень просто.

Однако современные беспилотные автомобили не способны ездить безопасно без посторонней помощи (согласно этому небольшому руководству). Чтобы добиться более высокого уровня автоматизации, требуется дальнейшее усовершенствование в считывании данных, обработке изображений и создании карт - а также расширение возможностей ИИ и компьютерных систем.

В таком случае нам надо сосредоточиться на полуавтономных машинах, которые можно использовать, чтобы перевозить товары быстрее и точнее. Они могли бы уменьшить количество аварий и пробок на дорогах, даже замедлить процесс урбанизации, потому что у людей появится возможность использовать время поездки для более важных когнитивных процессов, а значит, им не обязательно будет жить в центре городов.

Ну а пока я по-прежнему буду пользоваться переполненным метро.

«Умный» дом. Эти изменения уже происходят и скоро будут повсеместно внедрены на Западе. Я говорю о лампочках, которые можно контролировать со смартфона, о холодильниках, которые за вас смогут заказывать молоко или другие продукты, когда они закончатся, и о саморегулирующихся термостатах.

5G. Хотя технологии 5G ещё придётся столкнуться со множеством проблем, скорее всего, это платформа, на которой будет основано много вещей из будущего. Мы здесь говорим о десятикратном увеличении скорости интернета, десятикратном увеличении плотности покрытия сети и стократном увеличении эффективности использования сети - всё это потребуется для обеспечения работы всего, о чём писалось выше и будет написано ниже.

Сверхмалая задержка передачи данных и доступность множества данных гарантирует конкурентные преимущества тем, кто готов с этим работать. Большинство руководителей организаций должны знать или задавать вопросы о том, как развиваются местные сети. Да здравствует 5G.

Квантовые компьютеры. Квантовые компьютеры будут на такие расчёты, которые просто немыслимы для современных машин, но мы ещё не поняли, что надо сделать, чтобы добиться таких мощностей.

Одна наиболее вероятная и привлекательная возможность: точное изображение молекул, которое перевернёт производство, химию и медицину современности. И хотя квантовые компьютеры общего назначения вряд ли будут созданы, сама технология обладает серьёзным потенциалом в узких конкретных областях.

Расширение человеческих способностей. Веселье! Азарт! Экзоскелеты! Уже сейчас существует бесчисленное множество способов возможности наших тел, от некоторых из них можно только поморщиться, вроде имплантации чипа под кожу, другие - очень простые, например, пристегнуть компьютеризированный бандаж на колено.

С одной стороны, у этой технологии есть потенциал улучшить человеческое тело и разум, с другой - возникают этические и юридические вопросы, поэтому внедрение некоторых из этих инструментов пока обсуждается.

Интернет вещей, граничные вычисления, интеллектуальная граница. По большей части обработка данных у устройств, подключаемых к интернету, происходит в облаке. Пересылка данных от устройства к центральному серверу и обратно может занимать несколько секунд, это слишком долго.

Поэтому если сделать так, чтобы объекты могли обрабатывать данные самостоятельно (в «границах» экосистемы), станет возможным создание автономных транспортных средств. Эта технология также способна сделать бесценный вклад в медицину, производство и многие другие сферы.

Но как это обстоит и с другими разработками, описанными как выше, так и ниже, сначала надо подтянуть аппаратную часть, только потом мы сможем реализовать все эти идеи (смотрите “Are ASIC Chips The Future Of AI?”).

Когда «умных» вещей станет больше, произойдёт сдвиг от обособленных «умных» объектов к группам взаимодействующих «умных» объектов. При такой модели множество устройств будет работать вместе либо независимо, либо с участием человека. Технология используется военными, которые изучают применение групп дронов для атак или защиты военных объектов. Но она развилась бы сильнее благодаря сотням потенциальных вариантов использования в гражданских целях.

Микрочипы, биочипы. Сейчас основная идея применения микрочипов - отслеживание биометрических данных на работе в рамках экосистемы «умного» рабочего пространства . И хотя пока ничего особенно интересного тут не придумано, технология уже позволяет устанавливать личность сотрудников и платить за ланч или кофе.

Если только вдруг все не согласятся ежедневно на работе отслеживать давление, эта технология так и останется совершенно безобидной в ближайшем будущем. На поверхности чипа расположена группа молекулярных сенсоров, которая может анализировать биологические и химические элементы. А значит, эти чипы будут способны обнаруживать серьёзные заболевания на ранней стадии. А это приводит нас к следующему пункту.

Нанороботы. Если вам нужны ещё более мелкие устройства, чем микрочипы, обратите внимание на нанороботов. Они находятся в стадии исследований и разработки и являются крошечными сенсорами.

Первым полезным применением этих наноустройств станет наномедицина. Например, эти биологические машины можно использовать для определения и уничтожения раковых клеток или доставки лекарств. Другое их потенциальное применение - обнаружение токсинов и определение их концентрации в окружающей среде.

Анализ генетической предрасположенности. Нет, пока я не имею в виду «Гаттаку ». Но мы близки к этому: учёные уже могут с помощью генома предсказывать вероятность сердечных заболеваний или рака груди, даже IQ (мой, например, находится в промежутке между 75 и 135, согласно ненаучным тестам на BuzzFeed). Поэтому такой анализ ДНК может существенно улучшить здоровье людей, даже несмотря на опасность генетической дискриминации .

Например, если у женщины выше риск развития рака груди, она должна иметь возможность чаще делать маммографию, а те женщины, у которых риск ниже, - могут делать их реже. Так можно засечь больше реальных случаев заболевания раком и отсеять небольшое количество случаев ложной тревоги. В итоге улучшится качество лечения, а медицинские страховые взносы снизятся.

Возможно, это повлияет на развитие персонализированной медицины, хотя организация такой задачи в условиях текущего политического климата, скорее всего, станет финансовой и организационной катастрофой.

CRISPR. Даже если будущее из «Гаттаки» не наступит, простое изменение некоторых генов для лечения конкретного человека может легко нам испортить апокалиптическое будущее, к которому движется человечество. У методики редактирования генома CRISPR-Cas есть множество потенциальных вариантов применения, включая медицину и улучшение качества семенного материала сельскохозяйственных культур.

Не так весело, если человечество будет модифицировать геном вирусов для создания новых болезней.

В любом случае я с нетерпением жду те времена, когда каждый человек будет выглядеть как что-то среднее между Томом Хиддлстоном и Идрисом Эльбой.

3D-печать металлом. Возможно, 3D-печать это уже прошлое (хотя идеи, стоящие за этой технологией, только недавно стали более реалистичными), но нам ещё предстоит в полной мере увидеть возможности этой технологии с применением новых материалов. Когда станет возможной работа с различными металлами , мы сможем создавать более лёгкие, прочные и сложные объекты, например сложные или индивидуальные механические детали (например, для кастомизированных автомобильных двигателей). Однако этот процесс трудно освоить.

Устройства, носимые в ушах. Будущее за ушами! И хотя голосовые платформы могут стать следующим значительным явлением, я бы не стал сбрасывать со счетов уши. «Умные» наушники вполне могут вскоре стать повседневными советниками по всем вопросам, а может, даже будут подсказывать (бывало, что вы никак не могли запомнить имя того парня?).

Подумайте об этой технологии с практичной стороны: уши находятся близко ко рту, способны к многозадачности, работают, когда вы спите, и лучше смотрятся с модными аксессуарами, чем рот или глаза. И я уж не говорю о почти моментальном переводе .

Такими темпами Amazon скоро будет отправлять нам рекламу сиропа от кашля после того, как услышит кашель.

Безуглеродный природный газ. Способность эффективно и дёшево сохранять углерод, высвобождаемый при сгорании природного газа. Вот и всё. Без шуток и уловок. Если вы хотите нормальной жизни для своих праправнуков, сконцентрируйтесь на зелёных технологиях .

Малопонятные, но очень интересные технологии

«Умная» пыль - это крошечные (0,15 x 0,15 мм) сенсоры, которые могут собирать огромное количество информации с обширных территорий, не вмешиваясь при этом в экосистему. Например, они способны обнаруживать коррозию в изнашивающихся трубах на фабриках прежде, чем те начнут протекать (или анализировать состав питьевой воды, большой привет городу Флинт), отслеживать изменение почвы в городах, или даже недоступные территории, вне зависимости от их размера.

Одна из проблем этой технологии, которую активно обсуждают, это экологический вред, который могут нанести сенсоры, а также неэтичные варианты их использования. Кроме того, существует вопрос о том, насколько эффективными могут быть собранные данные в сравнении со снимками со спутников.

4D-печать. Сам термин 4D-печать может запутать: я не намекаю на то, что человечество будет способно создавать и получать доступ к ещё одному измерению (только Рубику это удалось). Проще говоря, продукт 4D-печати - это объект 3D-печати, который сможет менять свойства, если на него будет воздействовать определённый стимул (например, погружение под воду, нагревание, встряска, перемешивание).

Варианты применения всё ещё обсуждаются, но благодаря этой технологии многие области промышленности могли бы стать более самодостаточными, а некоторые продукты - имели бы более практическое применение.

Как круто было бы иметь одежду и обувь, которая могла бы изменять форму и функцию в ответ на изменения окружающей среды?

Нейроморфные устройства. А это я называю настоящей научной фантастикой. Нейроморфная инженерия берёт немного от биологии, физики, математики, компьютерных наук и электронной инженерии. Цель этой области исследования - создание устройств, которые копируют ответ нейронов на сенсорный импульс.

Мы не знаем, как эта идея может быть использована, но её изучение должно помочь теоретическим исследованиям ИИ.

Цифровой двойник. Технология цифрового двойника включает в себя разработки в области искусственного интеллекта, машинного обучения и аналитики программного обеспечения для создания цифровой копии физических ресурсов, которая способна изменяться, когда меняется физическая копия, а значит, может предоставить огромное количество информации о жизненном цикле объекта.

Предполагается, что к 2020 году будет около 21 миллиарда подключенных к интернету датчиков, поэтому цифровые двойники будут существовать у миллиардов объектов уже в ближайшем будущем, хотя бы чтобы потенциально сэкономить миллиарды долларов на поддержке и ремонте. Благодаря этому станет возможна оптимизация работы интернета вещей.

Все вышеперечисленное - это круто, но представьте, насколько круче было бы, если бы вместо объектов мы могли бы делать цифровых двойников людей, чтобы в реальном времени отслеживать течение болезни или жизнь целых городов!

Более подробную информацию увидим к 2050 году.

Трёхмерные и аэрозольные экраны. Станут возможны трёхмерные экраны - голограммы. Реклама с их применением может быть либо очень развлекательной, либо ужасной из-за потенциальной нереалистичности (это легко можно представить, посмотрев фильм «Бегущий по лезвию 2049»).

То же самое можно сказать об индустрии, которая захочет применять эту технологию. Я тоже сомневаюсь в важности этой технологии: компьютеры должны были убить бумагу, а я всё ещё распечатываю каждую презентацию, чтобы прочесть её.

Я вообще считаю, что голограмма не может быть самостоятельной технологией, она может только создавать шумиху вокруг других более интересных технологий (таких как адаптивные проекторы).

Нейрокомпьютерный интерфейс иногда называют: нейро-контролируемый интерфейс, мозговой интерфейс, прямой нейронный интерфейс или интерфейс «мозг-компьютер» - это прямой канал связи между мозгом и внешним устройством. Звучит очень круто и футуристично, но вы, наверное, уже видели эту технологию в работе, например, в протезировании.

А вот постоянный доступ мозга к интернету может перевернуть технологию. Кроме возможных социологических, этических и финансовых проблем, меня ещё интересуют теологические вопросы: если у каждого будет доступ ко всей полноте человеческих знаний в любой момент времени, каждое человеческое существо будет богом. А если все боги, то никто не бог. Это успокаивающая мысль.

Доказательство с нулевым разглашением (или краткие неинтерактивные аргументы знания с нулевым разглашением). Слышали о приватности? Специалисты в области вычислительной техники совершенствуют криптографические инструменты для возможности доказать что-то без раскрытия информации, лежащей в основе доказательства.

Звучит невероятно, но не так уж и невозможно, если разобраться в концепте.

Однако технология медленная и требует сложных расчётов. Для неё также требуется так называемый «доверительный протокол», для создания криптографического ключа, который может скомпрометировать всю систему, если попадёт не в те руки. Но исследователи ищут альтернативы, которые будут использовать доказательство с нулевым разглашением более эффективно, не требуя такого ключа.

Летающие беспилотные автомобили. Эту технологию легко представить, потому что она - часть коллективного воображения уже десятки, если не сотни лет. Вполне может быть, что ожидание водителя Uber или Lyft на обочине однажды станет старомодным способом передвижения по городу, как бы глупо сейчас ни звучали идеи о летающих автомобилях.

Мы уже боремся с тем, чтобы люди прекратили нападать на классические беспилотные автомобили, так что пока в этой области нет ощутимых результатов.

«Умные» роботы и автономные мобильные роботы. Эта тема всегда была неотъемлемой частью научной фантастики по очевидным причинам: если соединить роботостроение с общим искусственным интеллектом, то можно допустить мысль о том, что цифровой мир может стать физическим.

Но для начала нам нужно улучшить область роботостроения (пока роботы не очень хорошо двигаются) и создать новую область исследований искусственного интеллекта. Кроме того, автономным мобильным роботам потребуются ёмкие батареи, а значит, требуются дополнительные исследования области литиево-кремниевых технологий. Не может же Илон Маск забрать себе всю славу?

На EdX сейчас есть бесплатные курсы по базовым концептам создания автономных роботов.

Биотехнологии, искусственно выращенные и искусственные ткани. Эти биохаки делятся на четыре категории, которые определят заново, что значит быть человеком: технологичное улучшение тела, нутригеномика, экспериментальная биология и биохакинг грайндеров.

• Технологичное улучшение тела - использование различных инструментов для улучшения человеческих конечностей (а именно: дополненное зрение, конечности, напечатанные на 3D-принтерах или искусственные ткани).
• Нутригеномика - это изучение влияния пищевых продуктов и их составных частей на экспрессию генов. Также в этой области исследуют, можно использовать те или иные продукты, чтобы замедлить старение, рак или бороться с ожирением.
• Экспериментальная биология - экспериментальная наука (что следует из её названия), и я её не особенно понимаю.
• И наконец, грайндеры - люди, которые с помощью самодельных кибернетических устройств или через введение в организм химических средств пытаются улучшить или изменить функциональность своих тел. Оказывается, принцип «сделай сам» может быть применим и к будущему. Спасибо IKEA.

"Мыслящий тростник" — известное словосочетание, которое, характеризуя совокупный умственный потенциал человечества, сформулировал знаменитый французский философ, естествоиспытатель и писатель Блез Паскаль. Сегодня, похоже, для коллективного искусственного интеллекта американскими исследователями придумано новое схожее определение — "умная пыль"!

Заметим, что само понятие "умная пыль" — smartdust введено в научный обиход американским ученым Кристофером Пистером из Калифорнийского университета еще в 2001 году. Впрочем, еще до этого, а именно в 1992 году, в США под эгидой ДАРПА было создано бюро "Microsystems технологическое бюро" (МТО) целью которого являлось создание компактных микроэлектронных и фотонных устройств, таких как, например, микропроцессоры, а также различного рода микроэлектромеханических систем. Работы велись очень активно, в результате чего в Национальной лаборатории Сандиа в тех же 90-х годах была создана модель робота MARV (Miniature Autonomous Robotic Vehicle), объемом всего лишь около одного кубического дюйма.

Дальше, как говорится — больше и уже в 2000 году его размеры удалось уменьшить в четыре раза! Причем, несмотря на свои размеры "машинка" имеет процессор с памятью 8 Кбайт, датчик температуры, микрофон, видеокамеру, химический сенсор. В дальнейшем планировалось оборудовать этого робота беспроводной связью, чтобы несколько таких микророботов могли бы объединяться для решения какой-нибудь общей задачи.

Ну, а нужна она, например, может быть для того, чтобы (как это предполагают американские военные) в виде облака окутать, скажем, танк, затем проникнуть через щели и неплотности внутрь машины, ну, а потом по команде взорваться! Добавив такие микродатчики в краску, которой окрашивают самолеты, мы получим возможность получать сведения о состоянии его поверхностей. А если они будут в краске внутри помещений, то они смогут сигнализировать о пожаре, задымлении и даже превышении объемов содержания углекислоты. Конечно, подобная краска будет существенно дороже обычной, так что ее использование в жилых помещениях дело не слишком-то и близкого будущего, но вот на атомных подводных лодках и электростанциях ее вполне можно применять буквально уже завтра — дело лишь за "малым" — создать такие микроустройства и обеспечить им питание. Кстати, образец, размером в один кубический миллиметр, снабженный сенсором температуры, движения и радиопередатчиком сигналов, уже существует. А что такое один миллиметр?!

Очень заманчиво, считает Джошуа Смит, руководитель Лаборатории сенсорных систем при Вашингтонском университете в Сиэтле, покрыть все вокруг такими датчиками и дать им команду отслеживать интересующие нас явления и объекты. Но тут встает проблема их энергетического обеспечения. Впрочем, над этой проблемой сегодня тоже работают, причем сразу в нескольких направлениях. Это могут быть и крошечные солнечные батареи, расположенные прямо на "спине" у этих крошечных роботов, и также термоэлектрогенераторы, преобразующие тепло в электрический ток.

Работы над "умной пылью" идут не только за границей, но и в России. В частности, ученые из Таганрогского государственного радиотехнического института создали математическую модель, позволяющую в принципе понять и как управлять облаками таких микророботов, и как они должны все вместе действовать, чтобы выполнить поставленную задачу. Первоначально они образуют единую массу, которая и получает задание от управляющего компьютера. Каждый робот, определяя свои координаты и координаты цели, прежде всего, узнает, сколько роботов находятся к ней ближе всего и достаточно ли их для выполнения полученной задачи. Если "да", то он ищет другую цель, если "нет" — то устремляется к объекту. Таким образом, из роботов формируются группы, каждая из которых будет выполнять свою задачу.

Красивое решение, что и говорить, вот только оно, как это очень часто бывает в науке, порождает уже совершенно другую проблему. Дело в том, что связь этих микропылинок с центром управления и друг с другом потребует огромных энергозатрат. Впрочем, выход вроде бы тоже уже найден, причем доктором Джоном Байкером из Центра наноэлектроники в Глазго. По его мнению, информацию от одного робота к другому можно передавать по цепочке, что существенно сократит расходы энергии.

ИПЛИТ РАН и Лаборатория интеллектуальных исследований «ЛИНТЕХ» разрабатывают технологию распределенных сенсорных сетей (РСС). О том, насколько реально нашей стране совершить беспрецедентный по своим масштабам рывок в развитии индустрии РСС, рассказывает генеральный директор ООО «ЛИНТЕХ» Юрий Аурениус .

К сожалению, есть стратегически важные отрасли технологического прогресса, в которых Россия в периоды перестройки, хаоса 90-х и становления политической стабильности начала XXI века безнадежно отстала от Запада и стремительно набирающих потенциал азиатских тигров.

Среди таких областей науки микроэлектроника, техническая кибернетика, робототехника и многие другие сферы, являющиеся основой перехода экономики стран на индустрию 5-го технологического порядка. Особенно можно выделить развитие технологий телекоммуникаций и связи, от которых наиболее остро зависит эффективность управления и качество контроля над важнейшими объектами производства, а также всем комплексом т.н. народного хозяйства.

Стоит признать, что стандарты Wi-Fi и Bluetooth, которые мы воспринимаем как передовые и наиболее эффективные средства коммуникаций, далеко не самые современные и надежные. Все больше в массовое практическое применение в мире внедряются распределенные сенсорные сети (РСС) , готовые работать как «умная пыль» – самостоятельно организовываться в единую интеллектуальную сеть и контролировать по тысячам целевых параметров квартиры, жилые дома, целые города и даже континенты.

Они в десятки раз надежнее существующих беспроводных сетей, позволяют формировать системы автоматического решения огромного комплекса жизненно важных задач практически без вмешательства человека. Восполнить этот техногенный пробел и втолкнуть Россию в последний вагон уходящего поезда передовых инноваций в области беспроводных телекоммуникаций сегодня шансы еще есть.

Наиболее перспективным проектом по разработке отечественных чипов стандарта ZigBee и программного обеспечения для их активного применения в различных областях можно назвать команду Института лазерных и информационных технологий РАН (г. Шатура) и Лаборатории интеллектуальных исследований «ЛИНТЕХ». О том, насколько реально нашей стране совершить беспрецедентный по своим масштабам рывок в развитии индустрии РСС, рассказывает генеральный директор ООО «ЛИНТЕХ» Юрий Аурениус .

─ Юрий, расскажите, как говорится на пальцах, в чем же состоит особенность этой технологии? Сенсорные сети – звучит как-то научно-фантастически…

─ Лучше бы Вам рассказал наш технический директор Игорь Воронин, он один из ведущих в России специалистов в области РСС. Особенностей и преимуществ у сенсорных сетей множество. Основные, пожалуй, две – произвольно расположенные модули сенсорной сети мгновенно самостоятельно организуются в единую сеть. И вторая – то, что Wi-Fi и Bluetooth строятся по технологии «звезда» – это когда одна точка раздает всем сетевые настройки и к ней прицепляются другие «дочерние» устройства, а сеть по стандарту ZigBee способна стать смешанной сетью, которая сама формируется в структуру со случайными связями. Сенсорная сеть – это MESH. Визуально она представляет собой не звезду («точка- многоточка») , а рыболовную сеть – т.е. каждый элемент такой сети взаимодействует с множеством соседних элементов, образуя необходимое соединение. Это и обеспечивает в разы большую надежность передачи данных. Чем больше в ней участников – тем больше надежность передачи данных. Сеть может потерять до 40% активных устройств, сохранив свой основной функционал. Область применения практически не ограниченна – от распространенных бытовых приборов до серьезных систем мониторинга и жизнеобеспечения.

Но соединить модули одного стандарта в одну сеть – не самая сложная задача. Это происходит автоматически. А вот далее, к каждой такой сети предъявляются разные требования – одним требуется часто передавать данные из точек к центру, другим – один раз каждый час, третьим гарантировано передавать данные с заданной длительностью, у четвертых может быть задача один раз в год во время пожара включиться и передать данные, а все остальное время «спать» – там должна быть максимальная работоспособность сети без замены батарей. Разные задачи решаются разными требованиями к сети. Отсюда возникают разные протоколы и алгоритмы взаимодействия компонентов сети – как всем датчикам одновременно «проснуться», передать информацию и потом опять заснуть, чтобы не тратить драгоценную в этом случае энергию. Или, наоборот, – по какой схеме им надо включаться и засыпать, чтобы гарантированно собрать и пере-дать данные на центральный узел сбора и обработки данных.

Сеть состоит из узлов – т.н. мотов. Каждый узел это программно-аппаратное устройство, представляющее из себя приемопередатчик, главный чип (микропроцессор), который обрабатывает команды, современный блок автономного питания и какой-то сенсор. Если Вы не знаете, сенсор, по-русски, – датчик. К каждому такому моту можно подключить несколько различных датчиков. Чем больше датчиков прицепляем к одному узлу, то тем больше различных параметров мы можем замерять, но при этом и расход энергии батарей увеличивается. Датчики, как правило, используются стандартные. Это замеры температуры, давления, влажности, освещенности, вибрации, шума, положения в пространстве (инклинометры), количества оборотов (энкодеры), радиации, угарного газа (CO/CH). Кроме датчиков можно устанавливать и управляемые исполнительные устройства. Тогда каждый узел сети начинает работать уже как «умный дом» – собирает необходимую информацию и передает ее для обработки, затем получает сигнал управления «из центра » и выдает его для отработки исполнительному устройству. И никаких проводов и сомнений в надежности системы.

Сенсоры могут также быть специально разработанные. Но в этом случае стоимость узла резко вырастает. Как правило, для построения сети используют десятки узлов, датчики стараются использовать стандартные. Они дешевле за счет массового производства, ремонтопригодны или быстро заменяемы – главное, чтобы удовлетворяли требуемым параметрам. В сети есть координаторы – более «умные» моты, которые выполняют основные функции синхронизации сети, при включении они опрашивают все доступные устройства и выстраивают по ним сеть. Есть промежуточные узлы – ретрансляторы, или роутеры. И третий уровень – это конечные устройства. К ним-то как раз сенсоры и прицепляют. Через ретрансляторы выстраивается сеть, по которой передаются пакетами собранные данные и они все стекаются в единую точку сбора. Расстояние между устройствами, как правило, в настоящее время не превышают 100 метров. Хотя уже разработаны и поступили в продажу чипы, которые связываются между собой на расстоянии до 1 км. Правда, при этом, надо понимать, если сигнал проходит на большее расстояния – значит будет и больший расход батарей, сеть быстрее израсходует энергию. Есть специальные операционные системы для сенсорных сетей – это TinyOS, а все разработки ведутся обычно на языке С, под операционные системы-аналоги Linux.

─ Ого! С помощью такой сети, получается, можно огромные пространства контролировать?

─ А то! Если, к примеру, расставить 64 тысячи чипов на расстоянии 1 километра, то первый и последний окажутся на расстоянии снова 1 км. Потому что мы так обогнем весь шар земной. Правда, таких глобальных экспериментов пока еще никто не проводил, а вот для управления уличным освещением, например, в Англии сенсорная сеть уже используется.

─ У вас уже есть что показать на практическом примере?

─ У нас сегодня уже несколько проектов в стадии тестовой эксплуатации. Например, проект в области промышленного мониторинга. На территории Шатурской ГРЭС №5 была развернута сеть РСС для осуществления термоконтроля на линии рециркуляции питательных насосов блоков №№ 1–6. Температура трубопровода в районе исследования составляет 230° С в нормальном состоянии. Точность измерения 5–10 градусов, замеры проводятся раз в 10 сек. Такой технологический мониторинг возможен не только на предприятиях энергетики, но еще и в районных котельных, электрощитовых, в химическом производстве, поскольку РСС имеют преимущества: быстрый монтаж, простота и удобство в обслуживании.

Большое внимание уделяем применению сенсорных сетей в системе ЖКХ. Ведем разработки уже в нескольких городах и коттеджных поселках Подмосковья. Я считаю это направление развития наиболее перспективным, пожалуй, вместе с системами сигнализаций и безопасности. Очевидно, с использованием РСС может осуществляться лифтовой и инженерный мониторинг всех городских систем ЖКХ, организация управления всеми техническими устройствами жилых и административных зданий, сбор данных приборов учета, необходимых для выставления счетов, реализованы все виды систем сигнализаций (охранная, пожарная) и безопасности (тревожные кнопки, брелки) и т.п. Очень важно, что внутридомовая инженерная система, основанная на РСС, помогает в случаи аварии или протечек в автоматическом режиме перекрывать трехходовой кран с одновременным информированием дежурного диспетчера о месте протечки, пресекая тем самым аварийную утечку воды из трубопровода. Также возможно управление вентиляцией – влажностью и температурой в помещениях. Если эти системы отлажены – потери минимальны, гибкость настроек под каждого пользователя – все это приведет к снижению тарифов, интересу страховых компаний и т.п. …

Медицина – дистанционное наблюдение за пациентами. В отделе функциональной диагностики МОНИКИ планируется развернуть систему наблюдения за пациентами. Пациентам в больнице надевают датчики – в виде браслета – для измерения давления, температуры, сердечной деятельности. Они передают данные на центральный сервер, где лечащий врач может получить информацию о состоянии пациента – через XBee-регистратор. Возможно предоставление услуг платного медицинского наблюдения для некоторых категорий пациентов, например на дому. В этом случае комплект РСС устанавливается таким образом, чтобы шлюз, выданный пациенту, был связан с сервером хранения данных. Пациент может перемещаться, оставаясь в радиусе доступа центральной точки сбора данных. Тогда в случае критически опасного состояния пациента тревожный сигнал уходит на центральный сервер, обрабатывается и выдается сигнал тревоги специалистам, выводятся полные данные о пациенте для принятия лечащим врачом решений о необходимых действиях.

Совместно с Росатомом начали проработку вопроса радиационного мониторинга ядерно-опасных объектов. Производятся исследования возможности, перспективы и проблемы использования РСС для системы мониторинга состояния помещений зданий действующих исследовательских ядерных установок (ИЯУ) и других ядерно-опасных объектов. Была развернута РСС в части помещений зданий ИЯУ НИИАР в г. Димитровграде и проводилось исследование поведения системы в реальных условиях. Также были исследованы проблемы надёжности системы при воздействии повышенного радиационного фона, проблемы распространения радиосигнала, используемого для связи узлов РСС при наличии препятствий в виде конструкций из «тяжёлого» бетона, используемого при сооружении зданий радиационно- и ядерно-опасных объектов.

В «РЖД» разрабатываем систему по контролю температуры колесной пары. С использованием РСС эту задачу возможно решить более дешевым и надежным способом, чем это решается сейчас, когда температура измеряется дискретно при проезде электропоезда мимо пункта сбора данных КТСМ. Опытная зона, как планируется, будет развернута в депо «Куровская» на составе пригородного электропоезда. При движении машинист сможет иметь информацию о температуре колесной пары в реальном времени. Также будет возможно хранить собранные данные в центральной базе данных, к которой будет иметь доступ дежурный по станции, мимо которой проезжает данный электропоезд.

В строительстве к нашим системам есть интерес – мониторинг осадок и отклонений зданий и сооружений. Потенциальный Заказчик – «Росстрой». Уже в ближайшее время предполагается создание распределённой системы мониторинга зданий и сооружений на основе РСС для контроля величин осадок, отклонений от вертикали и раскрытия трещин в зоне строительства двух существующих в МО котлованов в реальном времени с выводом данных на центральный сервер и с публикацией в WEB.

Логистика – контроль за перемещением грузов. Для логистических автоматизиро-ванных комплексов возможна организация сбора данных о маршрутах перемещения радиоустройств с уникальным идентификатором между складскими помещениями и внутри их с позиционированием относительно точек сбора данных и хранением информации на центральном сервере. В рамках этого направления при массовом распространении сенсорных технологий мы можем формировать также информацию о потоках распространения товаров, управлении маркетинговыми инициативами и т.п.

Все внедренческие проекты сейчас не перечислишь. Еще раз отмечу – спектр применения сенсорных сетей очень широк … Мы сегодня охватили не менее 20 раз-личных направлений и работа в этом направлении все время идет. На подходе решения для МЧС, шахтеров, промышленных предприятий, системы образования …

─ Значит, вы на базе нашего лазерного института разрабатываете российский вариант оборудования для сенсорных сетей?

─ ИПЛИТ РАН с сенсорными сетями работает в плане разработки и исследования их различных свойств. Так как чипы все разрабатываются в Америке, а изготавливаются в Китае – мы ограничены в России той микропроцессорной базой, которую можем купить. Ну или, как вариант, в карманах вывезти из-за рубежа. Пока другого варианта нет. А исследуем мы сети в плане того, как сделать их максимально долго работоспособными, или как добиться, чтобы гарантировано надежно сигнал проходил по сетям, и как сделать максимально быстрым путь прохождения пакетов с данными по ним. Синергия от такого партнерства весьма перспективна.

─ Российская наука сильно отстала в этой области от своих зарубежных кол-лег?

─ В коммерциализации и в практических разработках нам еще очень далеко до того потенциала, который есть уже в научных центрах Японии, ЕС и США. В научном же плане сейчас в России сформирована достаточно сильная школа со своими уникальными разработками. Сегодня мы даже публикуем результаты в ведущих международных научных журналах – прогресс есть. Сейчас главное найти массовый дешевый и «правильный " движок и это будет прорыв в технологии. Например, все бытовые приборы можно начать оснащать такими элементами сенсорной сети – внутри пылесосов, стиральных машин, телевизоров и т.п. развертывать сенсорные сети с температурными датчиками, настроенными на 300–400 градусов … Сенсоры, расставленные в бытовых устройствах по жилым квартирам, сообщат по сети в центр о пожаре в кладовке той или иной квартиры гораздо раньше самого жителя квартиры … (особенно когда его нет дома). Можно поставить датчик в телевизор или музыкальный центр и во время чрезвычайной ситуации это устройство будет использоваться для информирования о ЧП. И информация эта будет адресной – каждый чип же имеет свой МАК-адрес в сети, его связь с другими чипами и шлюзами для сбора и обработки данных практически определяют его местонахождение. В массовом производстве эти элементы сети должны стоить копейки и выполнять свои функции как "умная пыль».

─ В общем, ваша цель довести эту технологию до потребительского совершенства…

─ Да – придумать к ней всю инфраструктуру, программное обеспечение, датчики и, конечно, сами чипы, которые относятся к категории критических технологий и купить лицензию на их производство невозможно. А если мы разработаем всю линейку – и интерфейсы и разные датчики и алгоритмы обмена данными – то сможем производить полноценные готовые системы контроля и мониторинга, выходить на рынок, в том числе мировой и формировать услуги.

─ Расскажите, на каком этапе сейчас проект? Насколько я знаю, Вы сейчас переезжаете в Сколково…

─ Пока у нас была чистая наука. В конце прошлого года подали заявку на резидентство в фонде Сколково, получили положительное решение, вот с весны 2013 года – полноценные резиденты инновационного центра. Сколково – это возможности привлечения финансирования, развития проекта до стадии коммерциализации и достойный статус. Нам за свои деньги такое не поднять. Сегодня мы проходим этап построения прототипов решений, формируем опытные зоны, обрабатываем результаты исследований, ведем доработку, патентуем свои изобретения.

─ По плану, когда вы выйдете на этап коммерческой реализации?

─ Думаю, к концу следующего года.

─ Сколько уже вложено в проект?

─ Около 15 миллионов.

─ Долларов?

─ Нет, рублей. Теперь планируем привлечь также внешние инвестиции для продолжения работы в направлении получения коммерческого результата. В своем успехе мы уверены на 100 % .

─ Что надо сделать для создания дешевой «умной пыли»? У вас есть план, как сделать технологию не дорогой?

─ Рецепт тут только один – массовость спроса. Один чип для исследований стоит сегодня более 30 долларов, даже 100 первых чипов обходятся уже 1800 долларов, очевидно, что миллионы должны быть не дороже 1–2 долларов. Вот тогда наступит время «умной пыли».

─ Для массовости надо создать серийный завод?

─ Сначала надо создать элементную базу и аппаратную инфраструктуру технологии. Мы контактируем с российской компанией ITFY, которая нам предоставит САПР для разработки микроэлектронных компонентов. Коллеги из ITFY во главе с президентом компании Леонидом Сватковым совместно с корпорацией IBM специально для России запустила проект ITFY, который открыл «Центр электронных технологий» (ЦЭТ) – по комплексному инфраструктурному решению для коллективной разработки чипов и печатных плат на базе программно-аппаратной платформы IBM. О создании «Центра электронных технологий» (ЦЭТ) было объявлено еще на ПМЭФ-2012.

─ Какой объем производства планируется создать?

─ Сложно говорить … Технология Wi-Fi и Bluetooth сегодня есть в каждом мобильном телефоне, а выпускаются и продаются они миллионами штук. Мы ориентируемся на такое же покрытие нашей сетью. На мобильные телефоны не претендуем, а вот бытовая техника, автомобили, игрушки, приставки, компьютеры и многое другое может обеспечить желаемый охват. Чтобы проект был рентабельный, надо выходить на мировой рынок. Если сейчас грамотно запустить проект и у нас не будет проблем с финансированием, то через 5 лет сенсорные сети будут везде.

─ Почему Сколково?

─ Сколково предоставляет все условия для активного развития проектов, есть возможность получить денежные средства на НИОКР. Мы уже ведем переговоры с рядом известных венчурных фондов о возможности привлечения в проект венчурных инвестиций. В дальнейшем будем выходить на известных мировых лидеров в этой области с целью создания совместного производственного предприятия. Крупные инвесторы понимают, если существует реальный интерес и можно вложиться в перспективную технологию, то можно получить достойный коммерческий результат. В Сколково есть все возможности получения финансирования и всесторонней поддержки проекта. Поэтому обстановка там весьма доброжелательная.

─ Ясно. В Сколково Вы завершите свои научные разработки, спроектируете чи-пы, потом найдете инвестора, отштампуете чипы в Китае, сделаете софт для раз-ных задач сенсорных сетей и сформируете в итоге готовые продукты – для МЧС, пожарных и т.д.?

─ Штамповать собственные комплектующие – пока задача на будущее. Сегодня главное – это разработка различных алгоритмов работы сети, обеспечивающих решение различных технических задач, разработка протоколов обмена данными, интерфейсов, систем распределенного сбора данных, расчеты. Наши разработки применимы в любой сети утвержденного стандарта, поэтому, пока, на первом этапе, пускай штампуют все в Китае, формируют сети во всем мире, а ПО взаимодействия для выполнения поставленных задач сети используют наше. Хотя выдавать полный комплект из одних рук тоже было бы приятно и, в перспективе, я думаю, мы к этому придем.

─ И все это планируется сделать в течение ближайших двух-трех лет?

─ Да … планов у нас как раз на пару лет. Главное, конечно, финансирование. Но мы на месте не стоим … Ряд крупных венчурных фондов уже активно интересуется нашим проектом, ведь технология сенсорных сетей – одна из самых перспективных в коммерческом плане, мировой перформанс, можно сказать.

─ А кадры где берете? Их же дефицит, насколько я понимаю.

─ Инженерные высококвалифицированные кадры всегда сложно найти, мы ищем в регионах – там еще остались светлые головы и настоящие таланты. Сегодня сразу в не-скольких НИИ интересуются тематикой сенсорных сетей – с ними тоже будем работать.

─ Технологическая база – в этом лазерном НИИ?

─ Рассчитываем на взаимовыгодное партнерство с ИПЛИТ РАН … Разработчик, ведущий это направление в институте, руководитель отдела информационных технологий Игорь Воронин является и техническим директором «ЛИНТЕХ». Получается очень продуктивное партнерство. А с основным офисом для развития переезжаем в Сколково.

─ Говорят, что туда очень трудно попасть. Даже взятки нужны…

─ О возможности попасть в Сколково за деньги я лично не знаю. За последние 2 года сам активно участвовал в 3 инновационных проектах – все они сегодня резиденты фонда. Одна компания активно разрабатывает ПО, которое позволяет автоматически получать готовые 3D-модели из панорамной или сферической фотосъемки. Мы, кстати, также предложили применять сенсорные решения для существенной оптимизации этой работы. Другие проекты связаны с технологией нанесения лакокрасочного покрытия, например… Оказалось, тоже перспективная тема. Направления абсолютно разные …

Мое мнение – в Сколково создана правильная экспертная система разносторонней оценки уникальных идей и разработок. Если удалось доступно донести основные принципы своей идеи и разработка вписывается в существующие рамки инновационного центра – все, получаешь статус резидента и работай.

─ Вы хотите сказать, что в Сколково реально может попасть любой российский разработчик перспективной технологии, который имеет внятную стратегию и готовую команду для ее реализации?

─ Если у вас есть идея, которую Вы считаете гениальной и четко понимаете все шаги по ее развитию, внедрению, получению прибыли – приходите – поговорим … Я как раз берусь за такие проекты – формализую идею по международным стандартам, прорабатываю проект с инвестиционной и коммерческой точек зрения, а потом продвигаю в технопарки, бизнес-инкубаторы и инвестфонды. И это может быть не только Сколково. Задач по взаимодействию на сегодня существует очень много. Даже внутри одного кластера порой одни разработчики не знают, чем занимаются другие… а бывает, что они и есть идеальные партнеры, которые теряют огромный синергетический потенциал.

─ А что там за коррупционные скандалы были в Сколково? Прошел слух, что даже хотели похоронить весь проект…?

─ На деятельности инновационных компаний это не отразилось. Мы как работа-ли, так и продолжаем работать. Нам хватает своих впечатлений. А Сколково, несмотря на все завистливое злорадство недоброжелателей, сегодня получил второе дыхание и продолжает вести свою кропотливую работу по взращиванию отечественной инновационной индустрии…

В марте прошлого года программа AlphaGo, разработанная Google DeepMind, одержала победу над одним из лучших мастеров го в мире - Ли Седолем (Lee Sedol). Эта серия игр стала показателем того, на что способны нейронные сети. И они находят применение в других (менее глобальных) приложениях, например программах для обнаружения вредоносного ПО или перевода текста на изображениях.

Ожидается, что в ближайшее время стоимость рынка программного обеспечения, использующего возможности глубокого обучения, превысит 1 миллиард долларов. Поэтому исследователи занимаются проектированием специальных чипов, способных справиться с такими приложениями.

Среди них выделяются Google, Nvidia, Qualcomm и др. Но сегодня мы бы хотели поговорить о разработке ученых Мичиганского университета - проекте Michigan Micro Mote - компьютере объемом в один кубический миллиметр.

Генеральный директор SoftBank Масаёси Сон (Masayoshi Son) предположил , что к 2035 году количество гаджетов Интернета вещей достигнет 1 триллиона. Однако у современных устройств, например камер, микрофонов, замков, термостатов, есть недостаток - они не способны анализировать информацию самостоятельно, потому постоянно передают её в облако, затрачивая энергию.

Исследователи из Мичиганского университета поставили перед собой задачу решить эту проблему и сделать умные и маленькие компьютеры с сенсорами для IoT.

«Сложно представить, сколько данных сгенерирует триллион устройств, - говорит профессор Мичиганского университета Дэвид Блааув (David Blaauw). - Создав маленькие энергоэффективные сенсоры, способные проводить анализ «на лету», мы сделаем наше окружение более безопасным и сэкономим электричество»

Тем не менее он является полнофункциональной вычислительной системой, способной действовать как умный датчик. Например, его используют для мониторинга внутриглазного давления.

Удивительно маломощный

Периферия включает в себя контрольный таймер и датчик температуры, но к их числу можно добавить еще 8 сенсоров, в зависимости от требуемого функционала.

Ядро и периферия взаимодействуют с помощью системной шины, использующей простой асинхронный протокол. Большую часть времени процессор Phoenix проводит в режиме готовности. Контрольный таймер, который является осциллятором с низким потреблением тока, «будит» процессор и запускает процесс обработки и сохранения показаний температурного датчика. После выполнения задачи, процессор возвращается в режим готовности и ожидает следующей команды - такой подход позволяет серьезно сократить энергопотребление.

CPU и другие логические модули могут быть отключены от источников питания, когда их услуги не требуются, а вот память (IMEM и DMEM) - нет, поскольку она должна хранить записанные в неё данные. Поэтому модули SRAM остаются главными потребителями энергии. По этой причине разработчики применяют методики, призванные снизить утечки тока, например высокий уровень напряжения на входах транзисторов. С той же целью была увеличена длительность стробирующего импульса.

Чтобы еще сильнее снизить энергопотребление, DMEM работает с так называемым списком свободной памяти. Этот список, управляемый CPU, содержит информацию об используемых строках в памяти DMEM. DMEM имеет 26 переключателей (каждый подключен к 2 строкам), которые выборочно отключают подачу тока в режиме готовности, учитывая состояние списка свободной памяти.

Разработчики также оптимизировали работу CPU с IMEM и DMEM. Для работы с IMEM используется минимальный набор базовых команд. Длина команды ограничена 10 битами, при этом популярные операции используют гибкие способы адресации, а менее популярные - неявные операнды. Также в процессоре имеется аппаратная поддержка сжатия, чтобы максимизировать емкость памяти.

Отображение адресов виртуальной памяти в DMEM выполняется с использованием фиксированного алгоритма Хаффмана. Сама DMEM разделена на статические и динамически определяемые блоки. Каждые 16 байт виртуальной памяти получают одну строку статического раздела. Если запись в память вызывает переполнение, избыток переносится в динамический раздел по указателю.

Что касается встроенного температурного датчика, то его схема представлена на рисунке выше. Температуронезависимый источник тока (Iref) и источник тока, показания которого меняются согласно абсолютной температуре (Iptat), подключены к кольцевому генератору, переводящему температурную информацию в импульсы. Затем эти сигналы поступают на суммирующий счетчик, генерирующий цифровые данные. Поскольку значение температурного датчика сохранять надолго не требуется, он отключается во время простоев, чтобы дополнительно сэкономить энергию.

В своей работе ученые провели тестирование процессора Phoenix и установили, что он потребляет 297 нВт в активном режиме и всего 29,6 пВт в режиме готовности.

Из чего сделан «бутерброд»

Помимо солнечных батарей, устройство состоит из управляющего модуля, радиомодуля, интерфейса сенсорной системы, самого процессора, батареи и элемента регулирования мощности.

Слои общаются между собой с помощью специально разработанного универсального интерфейса, названного MBus. При этом ученые могут просто заменить один из слоев на другой, реализовав новый тип следящего устройства. Такой дизайн значительно снижает стоимость производства.

Путь в микробудущее

«Сейчас мы работаем над улучшением технологии обмена сообщениями между компьютерами, - говорит Блааув. - Пока что нам удалось достигнуть расстояния в 20 метров. Это серьезное улучшение, поскольку первые версии устройства могли передавать информацию лишь на 50 сантиметров»

Камнями преткновения к расширению зоны покрытия остаются размер антенны и необходимость увеличения мощности для передачи информации на большие расстояния, что сказывается на энергопотреблении.

Исследователи предпринимают и другие шаги к улучшению микрокомпьютера. Например, они постоянно совершенствуют память устройства - предыдущие поколения Micro Mote использовали лишь 8 килобайт SRAM, что делало их непригодными для обработки звука и видео. Поэтому команда ученых снабдила новые компьютеры флеш-памятью в 1 мегабайт.

Более того, одно из устройств Micro Mote, представленных на ISSCC, имело на борту процессор для глубокого обучения. Микрогаджет оказался способен управлять нейронной сетью, потребляя при этом всего 288 мкВт. Обычно такие задачи требуют больших банков памяти и вычислительных мощностей, предоставляемых современными GPU.

Блааув говорит, что их стартап CubeWorks уже занимается прототипированием устройств и исследованием рынков. Ученые надеются, что через 2 года появятся камеры наблюдения, способные вычислить разыскиваемого правонарушителя прямо среди проходящих мимо людей, и другие умные устройства из мира IoT.

Новое поколение устройств smartdust («умная пыль») откроет возможность для беспроводного сбора данных в режиме реального времени, что приведет к изменению представлений об инженерных системах, здравоохранении, взаимодействии с окружающей средой. Как появились такие устройства, и что пока сдерживает их развитие – в материале журналиста Леонида Черняка, подготовленном специально для TAdviser.

В начале 90-х годов XX века совместными усилиями американского оборонного агентства DARPA и компании Rand Corporation были созданы первые автономные информирующие устройства mote (пылинка, частица) размером со спичечный коробок. Они состояли из датчиков, снимающих те или иные показатели окружающей среды, компьютера, передатчика и устройства питания (от сети, батарей или солнечных элементов).

Эти mote предназначались исключительно для военных и разведывательных целей, но уже спустя 5-7 лет, в результате начавшейся тогда «сенсорной революции», появились аналогичные устройства гражданского назначения. Тогда же родилось современное название технологии smartdust (умная пыль), а ее отдельный компонент по-прежнему называется mote. Вышедшие из под контроля спецслужб mote задумывались для разнообразных целей, например, для контроля за сложными инженерными сооружениями, прежде всего мостами, деградирующими в процессе эксплуатации под воздействием внешних факторов (осадки, ветер, температура, вибрация, соль, вызывающая коррозию). Возможно, из-за отсутствия такого контроля произошло обрушение моста в Генуе в августе 2018 года. В постоянном мониторинге нуждаются ледники, леса, вулканы, океан и все остальное.

Экспериментальные экземпляры mote начала двухтысячных выглядели примерно так, как показанное на рисунке ниже устройство. Оно изготовлено в университете Беркли, академическом центре нового движения. Лидером направления стал профессор Кирс Пистер, известный своими работами в области микро электромеханических устройств и основатель компании Dust Networks. Энтузиазм создателей и традиционное для Беркли леворадикальное настроение породили лозунг: «Датчики всего мира – объединяйтесь!» Аналитики заинтересовались новацией и Gartner , не раздумывая, поместила smartdust на стартовую позицию в своей кривой хайпа в 2003 году с перспективой на реализацию через 10 лет

А задуматься было о чем. Идея умной пыли настолько же очевидна, настолько сложна в реализации. Неслучайно в следующий раз технология smartdust появлялась на гартнеровской кривой только в 2013 году. Зато с 2015 она каждый год помещалась в самой начальной точке с более чем десятилетней перспективой на достижение технологии зрелости. Основной причиной неоднократного отката на прежнюю позицию оставалась недостаточная подготовленность сетевых и коммуникационных технологий.

До последнего времени весьма специфические «пыльные сети» оставались совершенно оригинальны. Они создавались в отрыве от других типов сетей, но отнюдь не из-за стремления к самобытности. Это была вынужденная мера, поскольку ничего соответствующего их требованиям на рынке не было.

Исходной точкой для подхода к сети mote служит тот факт, что по определению мощность передатчика каждого отдельно взятого устройства ничтожно мала. В результате для создания сети была выбрана беспроводная технология Multi-hop, в основе которой лежит цепочечный принцип, а именно, каждый из узлов служит ретранслятором для остальных. Топология full-mesh гарантирует надежность и отказоустойчивость. Внутри сети передача данных осуществляется по собственному (проприетарному) протоколу TSMP (Тime Synchronized Mesh Protocol), разработанному компанией Dust Networks, а далее через шлюз сеть подключается к интернету. Для компании, насчитывающей полсотни работников, это достижение.

За полтора десятилетия размеры mote сократились до нескольких кубических миллиметров, а стоимость - до $10 и ниже. Но этого пока недостаточно для массового распространения smartdust, поскольку остается вопрос коммуникации. Ситуация может принципиально измениться с появлением технологий мобильной связи пятого поколения Bluetooth 5.0 и . В этом случае отпадает необходимость в отельной сети, а каждый mote может быть подключен непосредственно к интернету.

Новое поколение smartdust откроет возможность для беспроводного сбора данных в режиме реального времени, что приведет к изменению наших представлений об инженерных системах, здравоохранении, взаимодействии с окружающей средой. Миллиарды, если не триллионы устройств, способных к передаче данных и к взаимодействию по обратной связи смогут передавать по запросам самые разные доступные физические и химические показатели окружающей среды. Устройства могут получать питание от батарей, извлекать энергию из среды (вибрации, свет). Они могут быть распложены в любых самых труднодоступных местах. Есть основания полагать, что smartdust, как всеобъемлющее явление, со временем поглотит интернет вещей (IoT) , символ Четвертой промышленной революции .

По аналогии с WWW (World Wide Web) можно сказать, что средствами smartdust мир превращается в единый Real World Web. Пока сложно представить себе жизнь, где информированность безгранична, где мы будем узнавать все от тривиального сообщения о необходимости замены зубной щетки до получения достоверных сведений обо всех остальных инженерных и природных объектах.

Однако миру полной информационной открытости угрожает эффект Большого брата, описанный Джеймсом Оруэллом в романе «1984». Об этой опасности обычно вспоминают, говоря о социальных сетях, и во многих других случаях соприкосновения людей с различными формами слежения за ними. Поэтому одной из главных задач будущих технологий smartdust станет сохранение частного пространства (privacy).

После 2013 года поднялась пока еще скромная по своим масштабам волна создания стартапов, подготавливающих поле для своего участия в smartdust. Большая часть из них не поднялась до системного уровня Dust Networks, идя другим путем, и ставя перед собой ограниченные задачи, позволяющие оправдать вложенные в них средства. Например Koto Air (Словения), QwikSense (Голландия), Wynd Technologies и Birdi (обе ) предлагают системы для контроля за состоянием атмосферы в домах, учебных заведениях и больницах. Американская CivicSmart – управление парковкой.

Очевидно, что эти компании делают заготовку на будущее, решая частные задачи, они подспудно разрабатывают датчики, рассчитанные на подключение по каналам связи пятого поколения. Но есть и компании с более серьезными целями, среди них Cubeworks (США), выпускающая сверхминиатюрные датчики и платформу Cubisens для сбора информации и хранения данных.

Датчик CubeWorks состоит из четырех компонентов, размещенных на одном кристалле:

• Процессор ARM Cortex M0 и память 4 Кбайт
• Зарядное устройство
• Радиопередатчик
• Датчик

Потребление энергии в режиме готовности составляет 8 нВт. При передаче оно возрастает, но зарядное устройство, отдающее 10 нВт с 1 квадратного миллиметра в условиях комнатного освещения, в сочетании с батареей обеспечивают неограниченно долгий период работы.

Крупные вендоры тоже проявляют внимание к smartdust, прежде всего IBM . Корпорация традиционно развивала логически близкую к smartdust тему всепроникающего компьютинга. Однако теперь она, вероятно, разворачивается в сторону smartdust.

Голубой гигант все делает не быстро. Народная мудрость гласит, что IBM начинает осваивать сегмент рынка только в том случае, если он больше миллиарда. Видимо пока корпорация в ожидании, но явно на старте.

Ключевой момент для smartdust - дешевый и производительный процессор. Его можно сделать при условии массового производства, поэтому в порядке подготовки к будущему на конференции Think 2018 корпорация объявила о самом маленьком в мире компьютере. Его размер - 1 кв. мм. Несмотря на миниатюрность, по мощности он сравним с Intel 8086. А в этом квадратном миллиметре, помимо процессора и памяти, есть питающий устройство фотоэлемент и встроенная пара фотодиод/фотодетектор, обеспечивающая оптическую связь с внешним миром. Стоимость устройства при массовом производстве составляет менее 10 центов.

Преемники этого компьютера, но поддерживающие связь по радиоканалу, смогут стать базисом для будущих устройств smartdust. А до тех пор автономный компьютер с оптической связью может выполнять функцию метки, удостоверяющей подлинность товара. Подделать ее невозможно, а считать данные посредством смартфона ничего не стоит. Массовое производство такого рода меток станет заделом для smartdust в обозримом будущем.