Smart dust - Οι συσκευές που απειλούν την Ανθρωπότητα

Μετά τις κάθε είδους smart συσκευές που μπήκαν στην ζωή μας, έρχονται τώρα οι μικροσκοπικοί αισθητήρες «smart dust» και είναι έτοιμοι να φέρουν επανάσταση σε διάφορους τομείς.

Τα δίκτυα μικροσκοπικών αισθητήρων που είναι γνωστά ως «smart dust» είναι οι συσκευές που  ξεκλειδώσουν πρωτοφανή επίπεδα συλλογής δεδομένων, αλλά η ανάπτυξή τους αποκαλύπτει σημαντικές ερωτήσεις ασφαλείας για το...

μέλλον της ανθρωπότητας.

Το μέλλον της πληροφορικής είναι μικροσκοπικό. Για δεκαετίες, η τεχνολογία ακολουθεί το ίδιο μοτίβο: καθώς αυξάνεται η ταχύτητα και η ικανότητα, το κόστος και το μέγεθος συρρικνώνονται. Αυτό μπορεί να φανεί στη μετατροπή από τα κεντρικά πλαίσια της δεκαετίας του 1960 που γέμισαν ολόκληρα δωμάτια στους ογκώδεις υπολογιστές που έγιναν πανταχού παρόντες τη δεκαετία του 1990 σε φορητούς υπολογιστές, tablet και smartphone που χρησιμοποιούμε σήμερα.

«Βάσει αυτής της τάσης, θα έπρεπε να φτάνουμε πολύ σύντομα σε υπολογιστικά συστήματα κλίμακας χιλιοστών», δήλωσε ο David Blaauw, καθηγητής ηλεκτρολόγων μηχανολόγων και επιστημών υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν, ο οποίος έχει αφιερώσει δεκαετίες εργαζόμενος για τη μικρογραφία των υπολογιστικών συστημάτων.

Το 1997, ο ερευνητής Kristofer Pister επινόησε τον όρο «Smart dust» για να περιγράψει αυτές τις συσκευές μεγέθους χιλιοστών. Ο Pister και οι συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϋ, είχαν ως στόχο να δημιουργήσουν ένα δίκτυο αισθητήρων αποτελούμενων από μικροσκοπικά ασύρματα συστήματα υπολογιστών που ονομάζονται «motes». Ενεργώντας ως μικροσκοπικά μάτια, αυτιά και βραχίονες, αυτά τα μοτίβα θα μπορούσαν να κινούνται σε όλο τον κόσμο συλλέγοντας όλα τα είδη δεδομένων: οπτικά, θερμικά, χημικά και βιολογικά. Θεωρητικά, οι Smart dust συσκευές θα μπορούσε να φέρουν επανάσταση στις βιομηχανίες, φτάνοντας σε μέρη που οι επιστήμονες δεν πίστευαν ποτέ δυνατό.

Από τότε που ο Pister παρουσίασε για πρώτη φορά την Smart dust ιδέα, της δημιουργίας ενός κατανεμημένου δικτύου ασύρματων μικροηλεκτρομηχανικών συστημάτων (MEMS) κέρδισε μόνο θαυμασμό. Αν και μπορεί να ακούγεται σαν μια ριζοσπαστική ιδέα, οι Smart dust συσκευές είναι το φυσικό επόμενο βήμα για το σημερινό Internet of Things (IoT). Η αγορά IoT έχει καθιερωθεί γρήγορα ως βασικό συστατικό του σύγχρονου κόσμου. Οι συσκευές διαφέρουν έντονα, από τεχνολογίες καταναλωτών όπως έξυπνοι θερμοστάτες έως προϊόντα που έχουν σχεδιαστεί για τον εταιρικό κόσμο, όπως μικροί αισθητήρες που παρακολουθούν τα φρεάτια λαδιού για τη διασφάλιση βελτιστοποιημένης παραγωγής.

Είναι απίθανο η τεχνολογία Smart dust να μπει στα σπίτια των καταναλωτών προτού διεισδύσει σε τομείς όπως η βιομηχανική παρακολούθηση και η ιατρική

Το 2017 υπήρχαν ήδη 27 δισεκατομμύρια συνδεδεμένες συσκευές IoT, αλλά έως το 2030, η ερευνητική εταιρεία IHS Markit αναμένει ότι ο αριθμός θα υπερβαίνει το τετραπλασιασμό σε 125 δισεκατομμύρια συσκευές. Η Dust Networks, μια εταιρεία που ιδρύθηκε από τον Pister και ανήκει πλέον στην αμερικανική εταιρεία ημιαγωγών Analog Devices, έχει αναπτύξει με επιτυχία αισθητήρες κλίμακας ενός εκατοστού σε αρκετές εμπορικές αγορές, συμπεριλαμβανομένων των διυλιστηρίων πετρελαίου.

Αυτοί οι αισθητήρες έχουν ήδη μεταμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο πολλοί τομείς συλλέγουν δεδομένα, αλλά με πιο προηγμένη και ακόμη μικρότερη τεχνολογία, θα μπορούσαν να προχωρήσουν πολύ περισσότερο. Όχι μόνο θα μπορούσε μια Smart dust συσκευή να βυθιστεί σε πηγάδια πετρελαίου. Θα μπορούσε επίσης να κάθεται στα φτερά μιας πεταλούδας για να παρακολουθεί τα μοτίβα μετανάστευσης ή να αναπτύσσεται μέσα στο ανθρώπινο σώμα για να επιβλέπει τη διαδικασία αποκατάστασης σπασμένων οστών ή κατεστραμμένων οργάνων.

Εξετάζονται ήδη ορισμένες χρήσεις: μικροσκοπικά μοτίβα Smart dust θα μπορούσαν να αναπτυχθούν στις καλλιέργειες ενός αγροκτήματος για την παρακολούθηση των αναγκών των φυτών, από τον καθορισμό των χρόνων ποτίσματος έως τον έλεγχο των παρασίτων. Αλλού, η Smart dust συσκευή θα μπορούσε να εντοπίσει τις μέλισσες για να μάθει πού συναντούν διάφορες χημικές ουσίες που απειλούν τον πληθυσμό τους.

Στην ιατρική, οι ενσωματωμένοι απινιδωτές και οι βηματοδότες πραγματοποιούν ήδη διαδικασίες παρακολούθησης της υγείας, αλλά η Smart dust συσκευή θα μπορούσε να φτάσει στο επόμενο επίπεδο. Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϋ , ήταν οι πρώτοι που πρότειναν αυτό που αποκαλούσαν «neural dust» - αισθητήρες μεγέθους χιλιοστών που θα μπορούσαν να εμφυτευτούν στο σώμα και να χρησιμοποιηθούν για την τόνωση των νεύρων και των μυών, καθώς και για την παρακολούθηση της δραστηριότητας διαφορετικών όργανα. Το 2016, δημιούργησαν με επιτυχία τον πρώτο από αυτούς τους αισθητήρες, μήκους τριών χιλιοστών, πλάτους ενός χιλιοστού και πλάτους ενός χιλιοστού.

Μια μέρα, ο Blaauw ελπίζει ότι συσκευές σε κλίμακα χιλιοστών, όπως η neural dust, όχι μόνο θα μπορούσαν να κάνουν μετρήσεις, αλλά και να αναλάβουν δράση. Για παράδειγμα, ένα έργο στο οποίο εργάζεται η ομάδα του περιλαμβάνει την εμφύτευση μικροσκοπικών αισθητήρων σε όγκους για την παρακολούθηση της αποτελεσματικότητας των θεραπειών. «Αυτό είναι πολύ πλεονεκτικό από την τυφλή θεραπεία του όγκου», δήλωσε ο Blaauw. «Αλλά στο δρόμο, θα ήταν υπέροχο εάν αυτοί οι μικροί αισθητήρες, αυτά τα μικρά συστήματα, θα μπορούσαν επίσης να παρέχουν τη θεραπεία εκπέμποντας ορισμένες ορμόνες ή φάρμακα ή άλλα είδη βιο-προσομοιώσεων».

Η κατασκευαστική βιομηχανία έχει αποδείξει προηγουμένως επιτυχία με μεγαλύτερους αισθητήρες που μοιάζουν με σκόνη. Για παράδειγμα, όταν οι εργάτες έβαλαν το σκυρόδεμα για το υπόγειο του One World Trade Center στη Νέα Υόρκη, ο Bill Ray, διευθυντής έρευνας στη συμβουλευτική εταιρεία Gartner, είπε ότι έριξαν αισθητήρες απευθείας στο σκυρόδεμα. Καθ 'όλη τη διάρκεια της κατασκευής, οι αισθητήρες επέτρεψαν στους εργαζομένους να παρακολουθούν τι συνέβαινε μέσα σε ένα μπλοκ σκυροδέματος, διασφαλίζοντας ότι ήταν σωστά. Όταν οι μπαταρίες στους αισθητήρες πέθαναν, η δουλειά τους είχε τελειώσει. Αν και αυτοί οι αισθητήρες δεν είχαν έξυπνη σκόνη μεγέθους χιλιοστών, ο Ray είπε ότι δίνει στον κλάδο μια ματιά στο πόσο ποικίλες είναι οι διαφορετικές εφαρμογές της έξυπνης σκόνης.

Στα χέρια των ερευνητών, η Smart dust συσκευή θα μπορούσε να ανοίξει την πόρτα σε αμέτρητες πρωτοποριακές ανακαλύψεις. «Στην πραγματικότητα υπάρχουν πολλές πληροφορίες εκεί έξω στις οποίες δεν μπορούμε να έχουμε πρόσβαση… γιατί δεν είμαστε αρκετά μικροί», είπε ο Blaauw. «Με συστήματα κλίμακας χιλιοστών, μπορούμε πραγματικά να φωτίσουμε τη γνώση σε περιοχές του περιβάλλοντός μας στις οποίες δεν έχουμε πρόσβαση σήμερα».

 

Η ζύγιση των πλεονεκτημάτων

Ο Pister οραματίζεται μια ασύρματη συσκευή που θα μπορούσε να συνδέσει στα νύχια του, επιτρέποντάς του να πληκτρολογήσει ή να σχεδιάσει οπουδήποτε, επί τόπου. 

 Το περιοδικό της μηχανολογικής βιομηχανίας IEEE Spectrum ανέφερε λεπτομέρειες για το πώς μια Smart dust συσκευή μπορεί να ενσωματωθεί σε συσκευασμένα τρόφιμα, έτσι ώστε οι καταναλωτές να μπορούν να δοκιμάσουν εάν ήταν ακόμα ασφαλές να τρώνε κουνώντας το smartphone τους πάνω από το προϊόν. Αυτή η ιδέα, όπως πολλές εφαρμογές Smart dust, είναι ρεαλιστική μόνο εάν η τεχνολογία γίνει αρκετά φθηνή για την απόρριψη των συσκευών αυτών μετά από μία χρήση. Το κόστος, επομένως, είναι ένας κρίσιμος παράγοντας που εμποδίζει την τεχνολογία έξυπνης σκόνης πίσω από την εκτεταμένη ανάπτυξη. «Το κόστος είναι πάντα εμπόδιο», «Σίγουρα αυτή τη στιγμή, αυτά τα πράγματα είναι ακριβά.

Ωστόσο, οι εταιρείες θα κάνουν το άλμα σε μια νέα τεχνολογία μόνο εάν μπορούν να εντοπίσουν μια ισχυρή απόδοση της επένδυσης και επί του παρόντος οι τιμές του πυριτίου είναι πάρα πολύ ακριβές για χρήση σε αισθητήρες MEMS μιας χρήσης. Το IEEE Spectrum υπολόγισε ότι για να κάνει έναν αισθητήρα με κόστος 0,01 $, οι τιμές του πυριτίου θα έπρεπε να μειωθούν κατά το ένα πέμπτο. Σε μια νέα τεχνολογία, αυτό είναι πάντα ένα δύσκολο κομμάτι.

Οι ερευνητές αντιμετωπίζουν το ζήτημα του κόστους δημιουργώντας αισθητήρες κατασκευασμένους από διαφορετικά υλικά, όπως χαρτί και πλαστικό. Για αισθητήρες που έχουν σχεδιαστεί για να τοποθετούνται στο σώμα, να φυτεύονται στο έδαφος ή να χρησιμοποιούνται σε συσκευασίες τροφίμων, τα πιθανά απόβλητα που προκαλούνται από την απόρριψη εκατοντάδων ή χιλιάδων Smart dust συσκευών γίνεται ένα άλλο ζήτημα. Για την αντιμετώπιση και των δύο αυτών ανησυχιών, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Πενσυλβανίας εργάζονται με βιοαποικοδομήσιμα υλικά, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται σε διαλυτά χειρουργικά ράμματα.

Ο Blaauw και η ομάδα του στο Πανεπιστήμιο του Michigan δημιούργησαν το Michigan Micro Mote, τον μικρότερο υπολογιστή στον κόσμο με πλάτος μόλις δύο χιλιοστών. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξής του, ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που αντιμετώπισε η ομάδα ήταν η μείωση του μεγέθους της μπαταρίας.

Ενώ η συρρίκνωση του μεγέθους των μικροτσίπ είναι σχετικά εύκολη, το μέγεθος της μπαταρίας υπαγορεύεται από την κατανάλωση ενέργειας και τα τρέχοντα μοτέρ καταναλώνουν υπερβολική ισχύ για μικροσκοπικές μπαταρίες. Για το λόγο αυτό, πολλοί ερευνητές επικεντρώνονται στη δημιουργία συστημάτων κλίμακας χιλιοστών που βασίζονται σε πολύ χαμηλή ισχύ. όταν βρίσκεται σε κατάσταση αναμονής, το Michigan Micro Mote τρέχει περίπου ένα εκατομμύριο φορές λιγότερη ισχύ από το μέσο smartphone. Ο κατασκευαστής ηλεκτρονικών ειδών Ambiq Micro, τον οποίο συνέστησε η Blaauw, ισχυρίζεται ότι είναι ο παγκόσμιος ηγέτης στον σχεδιασμό ενεργειακά αποδοτικών ημιαγωγών. Η εταιρεία παρέχει λύσεις εξαιρετικά χαμηλής ισχύος για συσκευές IoT, φορητά και άλλες τεχνολογίες.

Εκτός από τεράστιες ευκαιρίες, Smart dust συσκευές φέρνουν νέες ανησυχίες σχετικά με το απόρρητο και την ηθική

Οι ερευνητές εξετάζουν επίσης διαφορετικούς τρόπους για να τροφοδοτήσουν την Smart dust συσκευή. Για παράδειγμα, το Michigan Micro Mote μπόρεσε να συλλέξει ενέργεια από το φως του περιβάλλοντος μέσω ενός ηλιακού πλαισίου ενός χιλιοστού με ένα χιλιοστό. Η εξοικονόμηση ενέργειας επιτρέπει στους αισθητήρες να αρπάζουν ενέργεια από διάφορες εξωτερικές πηγές, συμπεριλαμβανομένου του φωτός περιβάλλοντος, της θερμότητας ή της κίνησης. Μέσω του περιβάλλοντος χώρου, οι συσκευές μπορούν επίσης να λαμβάνουν ενέργεια από υπάρχοντα σήματα ραδιοσυχνοτήτων ή Wi-Fi. Η Matrix Industries, για παράδειγμα, επικεντρώνεται στην αξιοποίηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Η εταιρεία έχει ήδη σχεδιάσει ένα ρολόι που τροφοδοτείται από τη θερμότητα του σώματος του χρήστη και εργάζεται επίσης σε συστήματα που συλλαμβάνουν ενέργεια από καθημερινές διακυμάνσεις στις θερμοκρασίες του αέρα.

Οι αισθητήρες που χρησιμοποιούνται στο σώμα, εν τω μεταξύ, μπορούν να τροφοδοτούνται με τεχνολογία υπερήχων, η οποία είναι η βέλτιστη για νοσοκομειακή χρήση. Οι ερευνητές πίσω από τη νευρική σκόνη, η οποία δεν χρησιμοποιεί μπαταρίες, χρησιμοποιούν δονήσεις υπερήχων για να τροφοδοτήσουν τους αισθητήρες τους και να διαβάσουν τις μετρήσεις. «Ο υπέρηχος είναι πολύ πιο αποτελεσματικός όταν στοχεύετε συσκευές που έχουν κλίμακα χιλιοστών ή μικρότερες και είναι ενσωματωμένες βαθιά στο σώμα», δήλωσε ο πτυχιούχος ηλεκτρολόγων μηχανικών και πληροφορικής Dongjin Seo σε δήλωση κατά τη στιγμή της ανακοίνωσης. «Μπορείτε να αποκτήσετε πολλή ισχύ σε αυτό και πολύ πιο αποτελεσματική μεταφορά ενέργειας και επικοινωνίας όταν χρησιμοποιείτε υπερήχους σε αντίθεση με τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, η οποία ήταν η μέθοδος μετάδοσης ασύρματης μετάδοσης ισχύος σε μικροσκοπικά εμφυτεύματα.»

Όπως κάθε νέα τεχνολογική ανάπτυξη, παράλληλα με τις τεράστιες ευκαιρίες της, οι Smart dust συσκευές φέρνουν νέες ανησυχίες σχετικά με το απόρρητο και την ηθική. Υπήρξε ήδη μια κατακραυγή για το πόσο εύκολα μπορούν να παραβιαστούν οι έξυπνες οικιακές συσκευές και η εμπορευματοποίηση των Smart dust συσκευών θα αυξήσει την κλίμακα των δεδομένων που συλλέγονται από προϊόντα που σχετίζονται με το IoT.

Είτε πρόκειται για Google, Amazon είτε για κατασκευαστική εταιρεία που δεν έχετε ξανακούσει, η σκέψη μεγάλων ιδρυμάτων που τοποθετούν μικροσκοπικούς αισθητήρες ικανούς να συλλέγουν οπτικοακουστικά δεδομένα οπουδήποτε επιλέγουν φέρνει μια σειρά ερωτήσεων σχετικά με το απόρρητο και την ασφάλεια: πώς αποθηκεύονται αυτά τα δεδομένα και από ποιον; Θα μπορούν οι καταναλωτές να επιλέξουν να μην συλλέξουν τα δεδομένα τους;

Οι ειδικοί συμφωνούν ότι όσο το ζήτημα της ασφάλειας αντιμετωπίζεται από την αρχή του κύκλου ανάπτυξης, δεν θα είναι δύσκολο να διασφαλιστεί ότι η έξυπνη σκόνη προστατεύεται από τους χάκερ. «Η [Ασφάλεια] θα είναι πάντα μια μάχη, αλλά ακόμη και σε μια κλίμακα κάτω των χιλιοστών δεν υπάρχει λόγος ότι τα μοτίβα Smart dust δεν μπορούν να έχουν κρυπτογράφηση και έλεγχο ταυτότητας τραπεζικού επιπέδου στις επικοινωνίες τους».

Ωστόσο, οι πραγματικές ερωτήσεις σχετικά με την ασφάλεια στις Smart dust συσκευές αποτελούν μέρος μιας μεγαλύτερης ιστορίας σχετικά με τη συλλογή δεδομένων και το απόρρητο. «Μπορούμε να κάνουμε την τα Smart dust ασφαλή. τεχνικά να το κάνεις ασφαλές δεν είναι το πρόβλημα», «Το ζήτημα είναι, πώς αποφασίζουμε ποιο επίπεδο ασφάλειας θέλουμε;» Για παράδειγμα, το Facebook είναι ένα ασφαλές σύστημα - που, ωστόσο, δεν εμπόδισε τον γίγαντα των κοινωνικών μέσων να εμπλακεί σε ένα σκάνδαλο μετά το άλλο τα τελευταία χρόνια. Αυτά τα σκάνδαλα δεν αφορούν την τεχνική ασφάλεια, αλλά τον ρόλο του Facebook στην κοινή χρήση δεδομένων χωρίς τη γνώση ή τη συναίνεση των χρηστών του. «Το ζήτημα… δεν είναι το επίπεδο ασφάλειας. είναι οι αποφάσεις σχετικά με τον τρόπο διαχείρισης αυτών των δεδομένων. "

Μόλις δημιουργηθεί ένα πλαίσιο ασφάλειας, οι Smart dust συσκυές μπορεί να αρχίσουν να λειτουργούν ως τα μάτια και τα αυτιά επιχειρήσεων και των οργανισμών. Οι επαγγελματίες του ιατρικού τομέα θα μπορούσαν σύντομα να εξορθολογίσουν τις διαγνωστικές και τις θεραπείες με τη βοήθεια εσωτερικών αισθητήρων.

Φάρμακο

Οι Smart dust συσκευές έχουν τη δυνατότητα να βελτιώσουν σε μεγάλο βαθμό τις ιατρικές θεραπείες και την παρακολούθηση της υγείας ρίχνοντας φως σε ό, τι συμβαίνει βαθιά μέσα στο σώμα. Αλλά ακόμη και στην επιφάνεια του δέρματος, τα συστήματα κλίμακας χιλιοστών θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στην ιατρική. Μια διαδικασία τόσο απλή όσο η τοποθέτηση ενός προσθετικού άκρου θα μπορούσε να βελτιωθεί με τη χρήση Smart dust συσκευής διασκορπίζοντας τους μικροσκοπικούς αισθητήρες γύρω από την περιοχή όπου θα προσκολληθούν οι προσθέσεις, η Smart dust συσκευή μπορεί να αναζητήσει περιοχές αυξημένης θερμοκρασίας, δείχνοντας πού θα βρίσκονται τα σημεία πίεσης.

Το ζήτημα λοιπόν συνοψίζεται στο πόσο μπορούμε να επιτρέψουμε την τεχνολογία να επηρεάσει την ανθρώπινη υπόσταση και την ελεύθερη βούληση του και ποιος είναι αυτός που θα θέσει αυτά τα όρια;     

πηγή πληροφοριών