스마트더스트 – 나노기술과 에너지관리기술의 융합

소개:

이전 블로그 중 하나에서 우리는 생물학적 시스템의 통신에서 영감을 얻고 나노 기술의 개념을 사용하는 분자 통신에 대해 이야기했습니다. designing.

오늘은 나노기술 디자인을 응용한 또 하나의 기술인 스마트 더스트(Smart Dust)에 대해 이야기해보겠습니다. 나노 기술에서 스마트 더스트란 무선 미세 전자 기계 센서(MEMS)가 장착된 작은 장치의 임시 네트워크입니다. 스마트 더스트(Smart Dust)는 스마트 물질(Smart Matter)이라고도 합니다.

정의:

센서로 구성된 밀리미터 규모의 독립형 마이크로 전자기계 장치입니다. , 계산 능력, 양방향 무선 통신 기술 및 전원 공급 장치가 스마트 더스트를 구성합니다.

이러한 단일 장치를 개별적으로 모트라고 합니다. 수천 개의 티끌을 통칭하여 스마트 더스트(Smart Dust)라고 합니다. 먼지 입자만큼 작은 티끌은 공기 질, 온도 및 기타 여러 사항에 관한 데이터를 모니터링하고 수집하기 위해 장소의 대기에 퍼질 수 있습니다. 스마트 더스트 장치는 군사부터 기상, 의료 분야에 이르기까지 거의 모든 분야에 적용됩니다.

주요 구성 요소:

스마트 더스트 장치에는 다음 구성 요소가 포함되어 있습니다.

센서

광 검출기 수신기

코너 큐브 역반사경이 포함된 패시브 송신기

레이저 다이오드 및 빔 스티어링이 포함된 능동 송신기

아날로그 입력/출력, 신호 처리(DSP 또는 마이크로컨트롤러) 및 제어 회로

태양전지 및 후막 배터리의 전원

이미지 출처: Researchgate.net

마트 먼지는 먼지 입자만큼 작습니다. 따라서 이러한 모트는 소형화, 통합 및 에너지 관리 기술의 진화적이고 혁명적인 발전을 모두 사용하는 장치의 완벽한 예입니다. 소형 센서, 광통신 구성 요소 및 전원 공급 장치를 설계하는 데 미세 전자 기계 시스템이 사용되었습니다. 마이크로전자공학은 낮은 전력 소비로 뛰어난 기능을 제공하는 데 사용됩니다.

스마트 먼지 모트는 능동형과 수동형의 두 가지 전송 유형으로 구성됩니다. 능동 변속기는 장치 간 통신을 위해 레이저 다이오드와 조종 가능한 거울을 사용합니다. 반면 코너 큐브 반사경은 기지국으로 전송하기 위한 수동 전송에 사용됩니다.

Working Princ 스마트 더스트의 iple:

각 스마트 더스트 모트는 수행할 작업을 결정하고 시스템의 다양한 구성 요소에 대한 전원 공급을 모니터링하여 에너지를 절약하는 마이크로컨트롤러로 구성됩니다. 마이크로컨트롤러는 온도, 주변광, 진동, 가속도 또는 기압과 같은 다양한 물리적 또는 화학적 자극을 측정하는 센서 중 하나에서 신호를 읽습니다. 신호를 받으면 데이터를 처리하여 메모리에 저장합니다.

또한 마이크로컨트롤러는 광 수신기를 제어하여 누구든지 통신 신호가 있는지 확인합니다. 이러한 통신 신호는 새로운 프로그램이나 다른 모트의 메시지로 구성됩니다. 이러한 메시지에 대한 응답으로 또는 자체적으로 마이크로컨트롤러는 코너 큐브 역반사경이나 레이저를 사용하여 센서 데이터나 메시지를 기지국이나 다른 모트로 전송합니다.

참조: 생명공학: Journey from 유래 – 인포그래픽

스마트 더스트의 장점:

스마트 더스트 기술은 생태 연구, 조직 내 재고 관리, 기업 내 다양한 ​​기능에 이르기까지 광범위한 산업에 혁명을 일으킬 수 있는 많은 잠재적이고 실제적인 이점을 가지고 있습니다. 도시 지역 및 군대.

인프라 및 시스템 비용을 절감합니다.

직원의 공장 생산성을 높이는 데 도움이 됩니다.

안전성, 효율성 및 규정 준수를 향상합니다.

농민의 시간 관리에 도움이 됩니다.

작물에 필요한 사항을 고려하여 시비 관리를 개선하는 데 도움이 됩니다.

조립 시 발생하는 불량 제품의 양을 최소화합니다.

다른 장점으로는 장비 모니터링 상태, 자산 모니터링, 기계 제어, 프로세스 모니터링 및 제어가 있습니다.

스마트 더스트의 단점:

직면한 가장 큰 과제는 적절하게 처리해야 하는 개인 정보 보호입니다.

특정 응용 분야에서는 환경에 부정적인 문제를 일으켰습니다.

스마트 더스트 설계의 센서는 매우 비싸고 따라서 시스템 비용이 높아집니다.

회사가 방사성 소스에서 에너지를 끌어오는 스마트 더스트를 사용하는 경우 한 가지 잠재적인 단점이 발생할 수 있습니다. 연구원들은 유해한 영향이 없다고 확인했지만 직원들은 작업을 거부할 수 있습니다.

스마트 먼지의 응용:

공장 자동화 및 화학 공장 – 스마트 먼지 티끌은 화학 공장의 파이프에 위치할 수 있습니다. 가능한 부식을 감지하기 위해

스마트 먼지 모트는 서버룸의 온도를 모니터링하는 데에도 사용할 수 있어 에어컨의 기능을 제어할 수 있습니다.

환경 및 서식지 모니터링 - 스마트 먼지 모트는 대기 오염 수준을 식별할 수 있는 센서를 내장하여 구축할 수도 있습니다. 스마트 먼지 티끌을 숲에 떨어뜨리면 센서가 화재 발생 가능성을 경고합니다.

산업 감지 – 스마트 먼지는 회전 기계, 풍동 등 유선 센서를 설치할 수 없는 산업에서 사용됩니다.

운송 영역 – 스마트 더스트는 악천후 상황에서 교통 감시 및 도로 표지판 인식에 큰 도움이 될 수 있습니다. 스마트 더스트 모트는 방송 장치로 작동하고 자동차 시스템에 신호를 전송하여 날씨가 좋지 않거나 시야가 좋지 않을 때 전방의 도로 표지판을 운전자에게 인식할 수 있습니다.

군사 감지 – 스마트 더스트는 차량의 상황을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 접근하기 어려운 지역에서 적의 움직임을 주시하세요. 또한 공기 중 독성 및 위험 물질의 방출도 확인합니다.

농업 부문 – Smart Dust는 농업 부문에서 포도밭 전체의 공기 온도를 모니터링하는 데 사용될 수 있습니다. 서리 감지 시 경고 신호를 전송하여 손상으로부터 보호할 수 있습니다. 또한 토양의 pH와 염분도를 모니터링하고 포착할 수 있는 센서를 사용하여 티끌을 제작할 수도 있습니다.

결론:

스마트 먼지 기술의 적용 및 이점은 다음과 같습니다. 무한하다. 그것은 인간의 마음이 생각할 수 있는 삶의 거의 모든 영역에서 큰 이점이 될 수 있습니다. 기본적으로 애플리케이션의 실용성을 테스트하고 이를 최대한 작게 만들기 위한 많은 연구가 진행되고 있습니다.

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