Artikel top billede

(Foto: Computerworld)

Smartdust: Fremtidens IOT blæser i vinden

I 2035 vil luften både udenfor og indenfor måske være fyldt med myriader af små computerstyrede og netforbundne sensorer. De vil ikke kunne ses med det blotte øje, men selv vil de kunne holde øje med alt.

Af Palle Vibe, Alt om Data

Denne artikel er oprindeligt bragt på Alt om Data. Computerworld overtog i november 2022 Alt om Data. Du kan læse mere om overtagelsen her.

I det indre København hvirvler millioner af forbundne sensorer rundt i luften. De er ikke umiddelbart til at få øje på, men trods deres mikroskopiske størrelse leverer de et altomfattende øjebliksbillede af byens helbredstilstand og borgernes velbefindende. De ultrasmå sensorenheder, der er på størrelse med saltkorn, svæver rundt over byen og måler og registrerer alt fra luftens kvalitet til mængden af lys.

De er også til stede inde i huse og bygninger og værner om de enkelte borgeres helbred og ejendomsret. Indbrud og tyveri vil være fortid for altid, fordi alt, hvad der forlader din bolig uden din forudgående tilladelse, vil skrige op som en vanvittig med en frekvens på 2,4 Ghz, og du altid vil kunne finde dine ting igen. Det samme gælder ved vold og røveri, hvor sensorer i dit tøj eller på din hud omgående slår alarm og identificerer gerningsmanden.

Selv om det lyder science fiction-agtigt, har vi allerede teknikken, og den dagligdag, hvor alt og alle ja, selv luften er forbundet af dette såkaldt ”intelligente støv” (smartdust), vil formentlig kunne blive virkelighed inden år 2035.

Udtænkt af det amerikanske militær

Ideen til smartdust blev undfanget og udviklet af det amerikanske udviklingslaboratorium DARPA (Advanced Research Projects Agency), der hører under forsvaret, og Research And Development Corporation (RAND) i begyndelsen af 1990’erne.

Det smarte støv ville jo være selvskrevet til at bistå i militære operationer til at aflure fjendtlig aktivitet, komme ind over ellers uigennemtrængelige områder og advare fremrykkende styrker mod giftige luftarter eller andre former for kemiske angreb.

Dengang var miniaturiseringen af elektroniske kredsløb først knapt begyndt, men i dag har vi teknologien til dette fremtidsscenarie i form af bl.a. de såkaldte MEMS-komponenter (Micro ElectroMechanical Systems), hvor det ved hjælp af bl.a. nanoteknologi er muligt at skrumpe elektroniske enheder, der omfatter både sensorer, computere, kommunikation og strømforsyning ned i millimeterstørrelse

Smartdust med ultraminiaturekamera

Smartdust sensorer er knapt til at se og er mindre end et flueøje. Placeres de på en fingertip, er de knapt til at se og forveksles nemt med et støvkorn. Forskere kan nu 3D-printe en kameralinse for enden af en fiberledning, på tykkelse med et hår strå, der kan indsprøjtes direkte i kroppen med en kanyle. Smartdust sensorer kan også injiceres i kropsvæv og kontrollere helbred og sundhed.

[su_slider source="media: 3085139,3085136,3085135" limit="7" width="1000" height="700"]

 

Også specielt mikrostyresystem

Sådanne mikroenheder kaldes også ”motes” og kan udstyres med sensorer, der kan måle og optegne næsten alt fra lys, lyd, fugtighed, magnetisme og acceleration til spændinger, tryk og vibrationer. En laserdiode for aktiv optisk transmission, en reflektor for passiv optisk transmission foruden en optisk receiver sørger for den videre datatransmission, der også vil kunne ske via radiobølger inkl. Wi-Fi og Bluetooth eller sågar ultralyd.

Motes kan også udstyres med små gps-modtagere og dermed sladre om deres geografiske position. Alle data behandles af en indbygget processor og bevares i en lille ram-hukommelse.

Rækkevidden for datatransmission de enkelte motes imellem er dog i sagens natur meget lille. Der er tale om bare få millimeter, men rækkevidden behøver heller ikke at være større. De jordmodtagere, der skal opfange de små motes datasignaler, kan sagtens konstrueres følsomme nok til opgaven.

Styresystemet til de små mote-processorer kan f.eks. være open source TinyOS, der er et specielt full-featured operativprogram til mindre trådløse enheder og sensorer. TinyOS arbejder nemlig med korte kodestrenge, der kun kan udføre enkelte bestemte funktioner.

Det egner sig godt til brug sammen med smartdust, der samler og transmitterer data i korte højfrekvensimpulser. Strømforsyningen hentes fra enten et lille tykfilmsbatteri eller en bitte solcelle, men motes kan også hente energi fra vibrationer i omgivelserne eller endog ændringer i lufttrykket.

Nærbillede af ultraminiaturekameraet, der vil kunne sidde for enden af et menneskehår.

Masseproduktion med 3D-print

Motes kan 3D-printes og på den måde vil fremstillingen være både enkel og billig. Allerede i dag er det f.eks. muligt at 3D-printe skarpttegnende kameralinser på under blot hen ved 75 µm (en µm eller en mikrometer er en milliontedel af en meter) uden specialudstyr på en almindelig kommerciel Nanoscribe laserlitografi-3D-printer.

3D-teknikken gør det endvidere muligt at computerdesigne linsen til stort set alle opgaver fra panoramabilleder til mikroskopforstørrelser og endog linser med variabel fokus og uden videre sammenbygge eller snarere sammenprinte dem med andre komponenter. Det er endog muligt at printe mikroobjektiver direkte ud på optiske fibre eller CMOS-chips.

Smarte mikrosensorer i hjernen

Forskere fra Berkeley undersøger nu muligheden for at åbne et lille vindue ind til hjernen og “spraye” hjernevævet over med smartdust. Det vil give samme eller endnu bedre muligheder for at hente hjerneimpulser og styre ting via de ganske svage hjernestrømme.

Du skal kun gennemgå én operation. Ideen er, at sensorerne skal fordele sig jævnt hen over hjernehinden. Herfra sende information til en modtager, en transceiver, placeret lige oven på hjernehinden. Det vil skabe en så kort transmissionsvej, at overførslen af data kan ske med ultralyd. Samtidig vil transceiveren være udstyret med de nødvendige processorer samt strømforsyning.

Utallige anvendelser

Det er visionen, at tusinder, millioner eller måske ligefrem milliarder af sådanne forbundne motes på størrelse med støvgran, kan sendes op i luften og bæres omkring af vind og vejr som ja, netop støv og overvåge, videofilme og detektere alt, hvad der rører sig. Det være sig vibrationer fra fodtrin, stemmer eller trafik, men det kan også være kemikalier, stråling eller biologiske bestanddele såsom virus eller biologisk forurening.

Her ses størrelsen på de små smartdust sensorer (bemærk mm-måleren i nederste højre hjørne).

Alle disse data kan transmitteres trådløst ned til centralt placerede modtagere.

Det vil nok typisk være store centrale og tilpas følsomme mobilnetværk, hvorfra signalerne igen kan formidles ud til både private, industrielle og erhvervsmæssige samt offentlige brugere som eksempelvis trafiksikkerhedstjenester, vejrtjenesterne foruden politi, forsvar og andre relevante organisationer af enhver art.

Holder øje med alt

Støvet vil yderligere kunne svæve usynligt og umærkeligt omkring indendørs og bl.a. overvåge ældre mennesker og deres velbefindende på plejehjem og hospitaler. Smartstøv kan tillige holde øje med udstillingsgenstande på museer og i butikker og bevogte dine ejendele og slå alarm, hvis nogen uberettiget mener, at de er deres. Eller registrere om besøgende går ind på forbudte områder eller lignende.

På kontoret vil smartdust kunne erstatte samtlige routere og lokale netværk med kun en femtedel eller mindre af det hidtidige strømforbrug. Intelligent støv over marker og afgrøder vil kunne holde øje med vækst og høst, ligesom støv i skovene vil kunne følge dyrenes bevægelser og antal og medvirke til at holde øje med og beskytte fredede arter.

Smart-støv vil endvidere kunne måle maskinparkens tilstand i fabrikker og samlehaller og kunne kontrollere temperatur og luftfugtighed i dit køleskab. Men forskerne tænker sig også, at disse ”smarte” mikropartikler vil kunne integreres i alt fra asfalt og mursten til vægmaling og nøgleringe, ligesom de vil kunne væves ind i tøj, møbelstoffer eller blandes i blæk og tryksværte.

Smartdust sensorer kan også monteres for enden af en tynd fiberledning, der kan injiceres i kropsvæv og kontrollere helbred og sundhed.

Smarstøv er bedre end de nuværende eyetracking-teknologier

Og kunne hjælpe med at aflæse handikappedes øjenbevægelser og ansigtsudtryk og dermed kontrollere elektroniske og computerstyrede hjælpemidler. Med dem direkte på din hud vil du bl.a. også kunne monitorere din helbredstilstand, ligesom du med smart-støv på fingre og hænder vil kunne gestik-styre computere langt mere raffineret, end du kan med de nuværende grove sensorhandsker.

Endnu længere ude i fremtiden vil smartstøv ligefrem kunne indgå i din krop og aflæse enhver kropsfunktion i både muskler, organer og hjerne, og ude i rummet vil smart-støv kunne flyve i forvejen og tjekke forholdene på muligt beboelige planeter, og da vil der for alvor komme en tid, hvor bogstavelig talt intet kan skjule sig for os.

Den støvede side: smartdust muliggør også en række langt mere dystre scenarier.

Det er klart, at mange reagerer med bestyrtelse ved udsigten til at have smart-støv hængende over hovedet. Det er for så vidt heller ikke noget, der huer klodens militær, da det smarte støv vil resultere i den ultimative magtbalance. Det vil nemlig være lige let for alle at spionere over alle.

Men derudover vil det være et ret åbent spørgsmål, hvem der skal have adgang til de data, det smarte støv samler op, og hvem der kan betros at analysere resultaterne. Desuden vil smartdust kunne varetage flere opgaver, der nu varetages af mennesker, og derved tage arbejdspladser fra samfundet.

Kan smartstøvet indsamles igen? 

Dertil kommer, at det vil være næsten umuligt at ”støvsuge” det smarte støv op igen, når det først er sendt ud i omgivelserne, idet de enkelte partikler jo er så små, at de både er næsten umulige at spotte med det blotte øje og såmænd også med teknisk apparatur. Det gør det heller ikke bedre, at smart-støv er lavet af bestanddele, der ikke er specielt miljøvenlige, så hvis støvet lægger sig på fugtig jord i større mængder, kan det lede til naturforurening og miljøskader.

Særligt frygter mange de skader, der kan ske, hvis nogen opsender smart-støv, der trækker energi fra radioaktive kilder (som a-værker mv). Det vil næppe heller være de fleste, der vil synes om at få sprøjtet smart-støv ind i kroppen endsige hjernen. Selv om de fleste forskere fastslår, at det ikke vil give anledning til nogen som helst skadelige virkninger (hvis du da ikke ligefrem spiser eller afbrænder støvet).

Der er dog også tekniske begrænsninger. Det vil ikke være ganske økonomisk omkostningsfrit at benytte smartdust i større stil. Ikke fordi selve de små motes koster noget særligt, men da hver enkelt mote kun kan kommunikere få millimeter, kræver det et ganske følsomt, omfangsrigt og kostbart netværk at kunne modtage og distribuere signalerne. Samtidig er motes ganske udsatte og sårbare over for både magnetiske felter og mikrostråling. Fortalere for teknologien fremhæver dog, at fordelene ved smartdust vil være langt større end ulemperne.

Sådan er de små smartdust korn skruet sammen