Умен прах: Хиляди невидими шпиони навсякъде

Бързото развитие на нанотехнологиите променя всичко. А интелигентният прах представлява следващата стъпка в разработването на миниатюрни микросхеми.

Този умен прах представлява безжична мрежа от малки електрически вериги, които могат автономно да четат, събират и предават данни за околната среда. Технологията се разработва от края на 90-те години на миналия век.

Терминът „умен прах“ е въведен за първи път от Кристофър Пистър, професор в Калифорнийския университет в Бъркли, през 1997 г. Пистър първоначално описва безжична мрежа от сензорни възли. Днес тези субмилиметрови сензори вече работят, записвайки околната температура, влажност, светлина, звук и дори химичния състав на веществата.

Освен това, тези малки устройства са способни да извършват изчисления, да комуникират и да докладват информация за околната среда. Тези сензори работят без външен източник на захранване, използвайки светлина, вибрации или електромагнитни полета.

Устройствата от типа “умен прах“ могат да бъдат внедрени в големи количества и да мащабират Интернет на нещата (IoT) дори при намалени размери. Те комбинират електрически и механични компоненти, а най-новите версии събират енергия от вибрации или от въздуха.

Тези устройства работят на същия принцип като звънците на вратите, умните термостати или носимите фитнес тракери, свързани към мрежата, за да събират данни и да ги предават на къси разстояния до централен хъб. Но тези малки технологии вече се произвеждат в големи количества — от хиляди до милиарди бройки. 

Всяка прашинка е отделна единица в мрежата, с размер по-малък от един кубичен милиметър, и съдържа вградени чипове за измерване и обработка на данни. В определени среди тези устройства използват радиочестотни приемо-предаватели за комуникация. 

Те използват вградени източници на енергия, като например дебелослойни батерии или източници за събиране на слънчева енергия, термична стабилизация или вибрации на околната среда. Обикновено са покрити със защитни полимери, за да се предпазят от агресивни влияния на околната среда. 

Тези устройства са особено обещаващи за откриване на химически оръжия или такива, разположени в космоса, според Ранди Кац, инженер по комуникациите в Калифорнийския университет, който е един от ранните разработчици на технологията. Днес те се използват във все по-голям брой области, включително мониторинг на околната среда, градска инфраструктура, индустриална автоматизация, здравеопазване, военна отбрана и селско стопанство.

Едно от ключовите предимства на тази технология е нейната мащабируемост и гъвкавост. Малкият размер на сензорите позволява безпроблемното им интегриране в почти всяка среда. Безжичният модулен дизайн позволява добавянето или премахването на малки сензори според нуждите, в зависимост от приложението.

Това може да включва наблюдение на жизненоважни показатели в човешкото тяло, проследяване на оборудване в глобалните мрежи за доставки или идентифициране на ранни признаци на природни бедствия. „Умният прах“ осигурява събиране на данни в реално време на места, където традиционните сензори не работят.

Адаптивността прави тези сензори обещаващ инструмент за повишаване на ефективността, подобряване на сигурността, автоматизиране на повтарящи се задачи и намаляване на разходите за обемиста и енергоемка инфраструктура. Тази система обаче има и значителни недостатъци. Тези малки сензори непрекъснато събират информация без знанието или разрешението на потребителите. Те също така не осигуряват надеждно криптиране и носят рискове от нарушения на поверителността.

Възможностите на тези сензори са ограничени и от източника на захранване. Това от своя страна значително намалява експлоатационния им живот и затруднява поддръжката на труднодостъпни места. 

Освен това, управлението на големи обеми данни, съхранявани от тези сензори, изисква сложна инфраструктура, а ремонтът на самите устройства в тежки условия е доста голямо предизвикателство. Тъй като тези устройства са трудни за откриване и контрол, те са уязвими за кибератаки и изискват постоянни актуализации на сигурността, за да се предотврати неоторизирана употреба.

През 2022 г. световният пазар на умни прахоуловители беше оценен на 114,64 милиона долара и се очаква да достигне 392,5 милиона долара до 2032 г. Използването на тези технологии в градска среда подобрява контрола на трафика, следи състоянието на конструкциите, оптимизира използването на ресурсите и подкрепя инициативите за устойчивост.

Според експерти, за да бъдат тези технологии по-широко възприети, все още има предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени, като например ограничено захранване и енергийна ефективност. След като бъдат внедрени, микроскопичните сензори са трудни за проследяване или изключване, което повишава риска от повреда, злоупотреба или неоторизирано наблюдение, ако се използват извън предназначението им или попаднат в неподходящи ръце.