Сенсорные сети: будущее человечества

Сегодня мы сталкиваемся с сенсорами на каждом шагу, но все это, как правило, - разрозненные, никак не связанные между это, как правило, - разрозненные, никак не связанные между собой устройства. Объединение их в сети сулит революцию.

Представить себе современную жизнь без сенсоров просто невозможно, будь то фотоэлемент в турникете метро или сигнализатор дыма в офисе, пишет газета «Дойче Велле».

С сенсорами мы сталкиваемся буквально на каждом шагу. Большинство из них - довольно примитивные устройства, а самое главное - никак между собой не связанные. Разве что в современных автомобилях, плотно напичканных самыми разными датчиками и приборами, они взаимодействуют друг с другом, образуя бортовую сеть. Между тем, инженеры многих стран мира - и Германия тут не исключение - активно работают над созданием если пока и не глобальных, то уж, во всяком случае, гораздо более обширных, нежели автомобильные, сенсорных сетей. Эксперты Массачусетского технологического института - весьма авторитетной инстанции в мире науки и техники - считают даже, что сенсорные сети входят в десятку наиболее перспективных технологий и уже через несколько лет изменят повседневную жизнь людей ничуть не меньше, чем в свое время это сделали автомобиль, а потом - компьютер.

Чтобы подвести промежуточные итоги исследований в этой области и наметить дальнейшие пути работы, 160 специалистов со всего мира съехались в середине июня в Кассель на очередную, седьмую по счету, ежегодную Международную конференцию по сенсорным сетевым системам. Эта конференция по традиции проходит поочередно в Азии, США и Европе, на сей раз местом ее проведения стала Германия. "Под сенсорной сетью мы понимаем многие тысячи сенсоров, коммуницирующих между собой и воздействующих друг на друга, - поясняет председатель конференции Хартмут Хилльмер (Hartmut Hillmer), профессор физики Кассельского университета. - Важно отметить также, что это будут самообучающиеся сети".

Конечная цель исследователей - создать вокруг человека своего рода невидимую оболочку, защищающую его от опасных или вредных для здоровья внешних воздействий, обеспечивающую его мобильность и снижающую его индивидуальное энергопотребление. Понятно, что речь тут идет о беспроводных сенсорных сетях и о гораздо более сложных сенсорах, чем, скажем, привычный комнатный термометр. Тем более что в такую сеть могут быть интегрированы детекторы и датчики, регистрирующие самые разные параметры - электрический ток и свет, уровень содержания вредных веществ в воде и уровень содержания глюкозы в крови, кислотность раствора и механическое ускорение. Главное - это наличие в сенсоре микропроцессора, способного не только анализировать и интерпретировать данные своих измерений, но и поддерживать связь с другими сенсорами в сети и обмениваться с ними полученной информацией.

Наручные часы как эвакуационный навигатор

Сфера применения сенсоров нового поколения поистине необъятна, говорит профессор Хилльмер и приводит такой пример: "Представим себе, у нас в наручных часах имелось бы несколько специальных сенсоров. Один сенсор следил бы, скажем, за содержанием вредных веществ в атмосфере и предостерегал бы аллергика от пребывания в том или ином помещении. А в случае пожара этот же сенсор не только своевременно обнаружил бы задымление, но еще и установил бы связь с аналогичными сенсорами в других частях здания. В результате наручные часы знали бы, где сложилась наиболее угрожающая ситуация, и служили бы своего рода навигатором, подсказывающим самый безопасный путь эвакуации: поверни налево, открой дверь, спустись там по лестнице на один этаж, сверни направо и иди вперед, никуда не сворачивая".

Путепровод беседует с диспетчерской

Другой пример - сенсоры, установленные в различных инженерно-технических сооружениях. "Мосты и здания стареют и постепенно изнашиваются, - говорит Хидето Иваока (Hideto Iwaoka), профессор Токийского технологического института. - Со временем они становятся источником повышенной опасности из-за угрозы обрушения. Поэтому имеет смысл осуществлять постоянный мониторинг таких объектов. Скажем, автомобильные и железнодорожные мосты, подверженные наиболее интенсивной транспортной нагрузке, можно было бы оборудовать стекловолоконными или пьезоэлектрическими сенсорами, регистрирующими деформацию и передающими данные в центральную диспетчерскую". Такой мониторинг особенно важен в сейсмически активных зонах, к коим относится и Япония: там здания и сооружения подвержены повышенной механической нагрузке из-за вибрации, вызываемой частыми подземными толчками.

Энергоавтономные миниимплантаты

Еще одна сфера применения сенсоров - размещение их на теле. Например, на теле спортсмена.Или на теле больного. И в том, и в другом случае такие сенсоры смогут отслеживать самые разные параметры жизнедеятельности организма и сообщать эту информацию, соответственно, атлету и его тренеру или пациенту и его врачу. Правда, до реализации всех этих планов и идей - путь неблизкий, - говорит профессор Хилльмер: "Сегодня мы находимся лишь в самом начале пути. Перед инженерами стоит ряд чрезвычайно сложных задач. Одна из них - снижение энергопотребления сенсоров. Сенсоры должны стать полностью автономными, научиться обходиться без батарейки и тем более розетки. Источником питания для них будет служить окружающая среда - скажем, электромагнитные поля, практически всегда в ней присутствующие, тепло, или сам тот процесс, которым сенсоры управляют или который они контролируют". Еще одна, ничуть не менее сложная задача - миниатюризация.

"Мы хотим так миниатюризировать сенсоры, чтобы их можно было тысячами интегрировать в помещения и незаметно носить на теле. Именно миниатюризация в сочетании с энергетической автономностью являются важнейшими предпосылками и для использования таких сенсоров в имплантатах, вживляемых в организм пациента". А еще сенсоры должны быть доступными по цене. Все это вкупе и заставляет экспертов проявлять осторожность в прогнозах: по мнению большинства из них, первые умные сенсорные сети, действительно заслуживающие этого названия, появятся не ранее чем лет через пять. А может, и через десять.

Не менее активно сотрудники лаборатории работают над прецизионной биологией, созданием биочипов. Кроме сенсорного восприятия мира твердых вещей, исследуется возможность "ощущать" жидкие среды и биологические, развивающиеся объекты. Подобные исследования открывают колоссальные перспективы для медицинских и фармацевтических разработок, осуществления химических процессов и изготовления биологических препаратов. Поскольку главное предназначение сенсорных сетей – восприятие и передача полезной информации, специалисты лаборатории Intel в Беркли заняты разработкой методики объединения сенсоров с предметами, мониторинг которых вменяется им в обязанность, а также исследуют возможность создания «актуаторов» - устройств на основе сенсоров, которые позволяют влиять на ситуацию, а не только регистрировать ее состояние. Сенсорные сети очевидным образом полезны для военных приложений, одна из возможных вариаций сетей проходила "боевые" испытания в Афганистане, где вооруженные силы США разместили несколько сот сенсоров с целью отслеживания передвижений боевой техники противника.