"Умная пыль" , исследует межпланетное пространство?

"Умный" рой исследует межпланетное пространство

ЗДЕСЬ!

сюда!
Про войну в пространстве...

Задачки про "умную пыль" в компьютерной сети ЗДЕСЬ!
:)

Введение
Анализируются возможности создания датчиков, разрабатываемых в виде функционально-сложных и автономных устройств. Физический объем этих датчиков предполагается сократить до нескольких кубических миллиметров. Массовое производство таких датчиков (при себестоимости, сравнимой с себестоимостью обычных микросхем) будет обеспечиваться используемой для их изготовления технологией микросистем, близкой по применяемым методам и средствам к технологии интегральных схем.

Умная пыль – микроэлектромеханическая система
Технология микросистем относится, по мнению зарубежных ученых, к числу перспективных технологий, способных определять техническое развитие человечества в XXI веке. Она используется для создания микроминиатюрных устройств, прототипы которых изготовлялись ранее традиционными способами точного приборостроения. Широкое внедрение технологии микросистем в производство различных приборов началось на рубеже 80-90-х годов в США, Японии, Германии и некоторых других европейских странах.

О внимании, которое уделяется в США руководством ДАРПА (Управление перспективных исследований Министерства обороны США – DARPA) внедрению технологии "микроэлектромеханических систем" (microelectromechanical systems – MEMS) в разработки новых систем оружия, свидетельствует факт реорганизации в конце 1999 года Отдела электронных технологий (Electronic Office) этого управления в Отдел технологий микросистем (MEMS Office). В функции последнего входит, в том числе, руководство программой разработки датчиков для систем тактического назначения.

Оценочные расчеты, выполненные при проектировании микроминиатюрных датчиков, показывают, что при объеме датчика 1 мм3 и использовании наиболее совершенных источников питания исходный запас энергии датчика составит 1 Дж. Следовательно, при равномерном расходовании этой энергии в течение суток уровень потребляемой датчиком мощности не должен превышать 10 мкВт. Восполнение энергетических запасов датчика предполагается осуществлять посредством солнечной батареи, причем ее активная площадь ограничивается размерами датчика. Максимальный КПД солнечной батареи, достигнутый в настоящее время для лабораторных образцов, составляет не более 40% (теоретический предел 60%).

Присоединённое изображение

Сетевая задача
Одну из сложных задач при построении элементной базы датчиков, функционирующих при столь жестких ограничениях на потребляемую ими мощность, представляет создание устройств внешней дуплексной связи. Такой связью датчик необходимо обеспечить для доведения зарегистрированной им информации до ее конечного потребителя, а также для внешнего управления функционированием самого датчика. Решение указанной задачи осуществляется за счет использования как радиоволновых, так и оптических средств связи.

Несмотря на значительные успехи в разработке устройств радиосвязи для оснащения микроминиатюрных датчиков, дальнейшему совершенствованию этих устройств препятствует ряд факторов. Малые размеры датчиков ограничивают размеры приемопередающих антенн, что, в свою очередь, определяет необходимость использования радиоволн миллиметрового диапазона. Вместе с тем, такая необходимость плохо согласовывается с ограничениями на мощность, потребляемую радиопередатчиками. Кроме того, значительную мощность в приемопередатчиках расходуют устройства преобразования полезного сигнала.

Для обеспечения датчиков связью на расстояниях прямой видимости весьма перспективными являются средства оптической пространственной (не волоконной) связи, работающие в видимом и ближнем ИК-диапазонах излучения. Применение полупроводниковых лазерных источников, снабженных коллиматорной оптикой, позволяет добиться узконаправленного потока излучения и тем самым снизить требования к мощности выходного сигнала передатчика.

Оптическая пространственная связь для «умной пыли»

Предпочтение оптическим средствам внешней связи было отдано разработчиками микроминиатюрных автономных датчиков при выполнении программы "Умная пыль" (Smart Dust) в Калифорнийском университете (г. Беркли) по заказу ДАРПА [4]. Руководителями работ по программе являются проф. J. Pister и J. Khan.

В процессе создания этих датчиков исследуется возможность предельного уменьшения их размеров. Такая задача усугубляет, как уже отмечалось выше, проблему энергообеспечения датчиков, что подтверждает обоснованность выбора оптических средств связи, несмотря на зависимость ее качества от состояния атмосферы (запыленности, задымленности, тумана и т.д.) и ограничения, связанные с условием обеспечения прямой видимости между абонентами.

В начале 1999 г. исследователи Калифорнийского университета выполнили разрабатываемый ими датчик в виде таблетки диаметром около 5 мм. К 2001 г. они планируют уменьшить габаритные размеры датчика до 1-2 мм. Для датчиков с такими размерами (или еще меньшими) было использовано условное понятие "умная пыль", которое определило название программы.
В состав блока лазерного передатчика входит полупроводниковый лазер, коллиматорная линза Френеля и зеркало. Зеркало размещено на отклоняющем устройстве (на котором впоследствии предполагается разместить и фотоприемник), посредством которого излучение передатчика может распространяться в любом направлении в пределах воображаемой полусферы, опирающейся на плоскость основания датчика. Информация о положениях отклоняющего устройства при проведении сеансов связи датчика с различными внешними абонентами может потом храниться в запоминающем устройстве для воспроизведения этих положений при последующих сеансах связи с абонентами.

Внешним абонентом датчика, которому поступает зарегистрированная им информация, служит центральная станция. Устройствами дуплексной связи этой станции являются фотоприемник модулированного оптического излучения, поступающего от датчика, демодулятор и дешифратор полученного сигнала, а также лазерный источник излучения. Передача информации от датчика на центральную станцию осуществляется в активном или пассивном режимах.

В случае активного режима используется лазерный блок датчика. Этим блоком генерируется излучение, импульсно промодулированное в соответствии с сигналами первичного преобразователя. Лазерный передатчик потребляет относительно большую мощность, значение которой составляет около 1 мВт. Поэтому сеанс связи в таком режиме может продолжаться в течение короткого промежутка времени. Передача информации при этом осуществляется, как указывают разработчики датчика, либо на расстояние нескольких километров при низких скоростях потока передаваемой информации, либо на значительно меньшие расстояния, но при высоких скоростях этого потока, достигающих нескольких мегабит в секунду.

При пассивном режиме используется уголковый отражатель. Конструктивно он состоит из трех взаимно перпендикулярных плоскостей, выполненных из поликристаллического кремния с пленочным покрытием из золота. Одна из плоскостей отражателя сопряжена с электростатическим приводом (актюатором), который может отклонять эту плоскость от ее исходного положения, что позволяет осуществлять импульсную модуляцию отраженного излучения лазера центральной станции.

Присоединённое изображение

В состав блока лазерного передатчика входит полупроводниковый лазер, коллиматорная линза Френеля и зеркало. Зеркало размещено на отклоняющем устройстве (на котором впоследствии предполагается разместить и фотоприемник), посредством которого излучение передатчика может распространяться в любом направлении в пределах воображаемой полусферы, опирающейся на плоскость основания датчика. Информация о положениях отклоняющего устройства при проведении сеансов связи датчика с различными внешними абонентами может потом храниться в запоминающем устройстве для воспроизведения этих положений при последующих сеансах связи с абонентами.

Внешним абонентом датчика, которому поступает зарегистрированная им информация, служит центральная станция. Устройствами дуплексной связи этой станции являются фотоприемник модулированного оптического излучения, поступающего от датчика, демодулятор и дешифратор полученного сигнала, а также лазерный источник излучения. Передача информации от датчика на центральную станцию осуществляется в активном или пассивном режимах.

В случае активного режима используется лазерный блок датчика. Этим блоком генерируется излучение, импульсно промодулированное в соответствии с сигналами первичного преобразователя. Лазерный передатчик потребляет относительно большую мощность, значение которой составляет около 1 мВт. Поэтому сеанс связи в таком режиме может продолжаться в течение короткого промежутка времени. Передача информации при этом осуществляется, как указывают разработчики датчика, либо на расстояние нескольких километров при низких скоростях потока передаваемой информации, либо на значительно меньшие расстояния, но при высоких скоростях этого потока, достигающих нескольких мегабит в секунду.

При пассивном режиме используется уголковый отражатель. Конструктивно он состоит из трех взаимно перпендикулярных плоскостей, выполненных из поликристаллического кремния с пленочным покрытием из золота. Одна из плоскостей отражателя сопряжена с электростатическим приводом (актюатором), который может отклонять эту плоскость от ее исходного положения, что позволяет осуществлять импульсную модуляцию отраженного излучения лазера центральной станции.

Присоединённое изображение

Заключение
Микроминиатюрные датчики займут важное место в сфере гражданской деятельности. Далеко не полный перечень задач, которые могут решаться такими датчиками, включает экологический, метеорологический, геофизический относительно малозатратный глобальный мониторинг, инспекцию городских транспортных потоков, медицинскую внутриполостную диагностику, телемедицинский контроль, обследование протяженных трубопроводных магистралей.
На основе датчиков нового поколения станет возможным построение систем, обеспечивающих поступление самой широкой информации о материальном мире в информационные сети, включая сеть Интернет. Поступление этой информации в отличие от существующей практики сможет осуществляться без участия человека.

Адекватность уровня развития разрабатываемых автономных датчиков современным возможностям компьютерной техники позволит, наконец, устранить основное препятствие на пути решения проблемы автоматизации и компьютеризации систем управления сложными промышленными, энергетическими и транспортными объектами.

Свободный доступ в сети Интернет к материалам программы "Умная пыль", имевшийся летом 1999 г., в последующее время прекращен. Это может означать, что результаты проводимых поисковых исследований имеют реальную перспективу быть использованными в целях создания разведывательных систем.

Djezenkuir
Оглавление, глоссарий терминов (кратко), правильно оформленный список литературы (со ссылками в тексте), антиплагиат в финальной версии отчета и все будет ОК!
Список источников, глоссарий прошу опубликовать здесь на форуме.

Djezenkuir
Прошу дополнить вашу публикацию.

Список литературы:
1. Климов Д.М., Васильев А.А., Лучинин В.В., Мальцев П.П. Перспективы развития микросистемной техники в XXI веке // Микросистемная техника. 1999, № 1. С. 3-6.
2. Бочаров Л.Ю., Мальцев П.П. Состояние и перспективы развития микроэлектромеханических систем за рубежом // Микросистемная техника. 1999, № 1. С. 41-46.
3. Chu P.B., Lo N.R., Berg E.G., Pister K.S.J. Optical communication using micro comer cube reflectors / 10th IEEE International workshop on electro mechanical systems, 1997. P. 1-6.
4. Michael J. Sailor, Jamie R. Link ‘‘Smart dust’’: nanostructured devices in a grain of sand // Cambridge UK DOI: 10.1039/b417554a, 2004.

Djezenkuir,
спасибо за список источников.

"Умная" пыль интересует абитуриентов тоже!

Подготовил и отправил авторам рефератов "Умная пыль" в курсе КП-10 подборку творческих заданий теперешних участников олимпиады Наноэлектроника. :doh:
Посмотрим, что получится у студентов.... Добавят ли они что-то свое?
:)