MEMS: Svět v databázi

Nové technologie umožňují vznik stále chytřejších a výkonnějších mikrosenzorů. V budoucnu by se měly nacházet v


Nové technologie umožňují vznik stále chytřejších a výkonnějších mikrosenzorů.
V budoucnu by se měly nacházet všude. Maličké bezdrátové mikroeletromechanické
senzory (MEMS), známé rovněž pod označením inteligentní prach, jsou schopny
monitorovat teplotu, vlhkost, zátěž i pohyb v prostředích tak odlišných, jako
jsou pole, mosty, továrny či válečné lodě. A získané informace pak předávají
dál.
Představme si, že by byly MEMS implantovány v lidském těle a v pravidelných
intervalech odesílaly například údaje o zatížení nohy chirurgovi, který
pacientovi implantoval umělý kolenní nebo kyčelní kloub. Zní to jako sci-fi?
Vzhledem k rychlému pokroku v oblasti inteligence a flexibility řídicích prvků
mikrosenzorů nejsou podle odborníků podobné chytré implantáty nijak nesmyslnou
představou.
Ještě zhruba do loňského roku byl podobný scénář nerealizovatelný vzhledem k
omezením jak napájení, tak programovatelnosti většiny senzorů a senzorových
sítí. Senzory běžně produkují ohromný nepřetržitý proud dat, který rychle
vyčerpá energii v dostupných bateriích.
Firma MicroStrain však s finanční pomocí amerického námořnictva provádí
experimenty s piezoelektrickými materiály, které při zátěži produkují
elektrickou energii. Tímto způsobem by senzory mohly čerpat potřebnou energii z
vibrací na podlaze továrny nebo z pohybu osoby, v jejímž těle jsou implantovány.
Výzkumní pracovníci také ladí software tak, aby senzory byly schopny dodávat
souborné informace, jako jsou statistiky nebo varování při překročení určitých
hodnot, namísto nepřetržitého toku dat. Tím lze také uspořit energii.
V kalifornském Palo Alto Research Center experimentuje tým, který vede Feng
Zhao, s energeticky úsporným algoritmem, jenž by umožnil senzorům autonomní
sebeúkolování. To by mělo vést ke sběru a přenosu informací na základě jejich
užitečnosti.
"Je to velmi podobné způsobu, jakým lidé sledují informace," říká Zhao.
"Nemůžete věnovat pozornost všem stimulům. To, co se snažíme vytvořit, je
distribuovaná pozornost senzorových sítí. Jedná se o schopnost přesunout a
soustředit pozornost v případech, kdy se objeví nové zajímavé stimuly."

Malinký OS
Mezitím společnost Intel vytvořila ve spolupráci s Kalifornskou univerzitou
open source operační systém TinyOS, který mimo jiné umožňuje senzorům a jejich
sítím podávat souhrnná hlášení nebo různým způsobem klasifikované informace.
"TinyOS promění senzory na programovatelné směrovače. Můžete naprogramovat, co
se má dít v blízkosti senzoru a co se má dít na síti," vysvětluje David Culler,
profesor počítačových věd z Berkeley.
"Tyto v reálném čase získávané informace jsou ukládány v TinyDB, která
proměňuje fyzický svět v databázi," říká Culler. "Namísto provádění SQL dotazů
sloužících k získání informace z TinyDB můžete klást dotazy proudu dat z
reálného světa. Pokud se zaměříte třeba na oblast energetiky, zjistíte, že v
současnosti používaná zařízení jsou již značně zastaralá; a možnost sledovat
dění prostřednictvím inteligentních senzorů by tu bylo velkým přínosem."

Možné dopady
Důsledky takového pokroku pro firemní IT oddělení jsou podle Cullera ohromné.
"Lidé z těchto oddělení si musejí uvědomit, že se objevuje nová třída počítačů,
a za pět let bude drtivá většina zařízení v jejich firmách mít právě podobu
senzorů zapojených do sítě," konstatuje.
Firmy proto budou čelit složitým požadavkům na šířku pásma v síti, na prostor
pro ukládání dat a na správu těchto dat. Nejde však rozhodně o nepřekonatelné
problémy řada z nich koneckonců doprovázela svět IT v různých proměnách již v
minulosti.
Například typický výrobce polovodičů v současnosti zpravidla využívá více než 5
000 různých senzorů. "Nyní existují elektroinženýři, kteří senzory obcházejí a
shromažďují z nich údaje. Ve velmi krátké době budou tyto údaje proudit v
reálném čase," předpovídá Culler. "To představuje zcela nový druh IT aktiv, s
nimiž bude nutno se vypořádat. Dovolí to sledovat určitá místa způsoby, které
dosud nebyly možné, a také monitorovat interakci mezi různými věcmi."

Dálkové ovládání
Zajímavé je, že senzorové sítě budou také schopny sdílet informace a bude je
možné programovat a dotazovat vzdáleně přes internet, což umožní provádět různé
specifické úlohy. Bude to možné zejména díky vznikajícím standardům vytvářeným
v rámci sdružení Open GIS Consortium, což je mezinárodní organizace, jejímž
cílem je vytvářet všemožné typy senzorů, nástrojů a zobrazovacích zařízení
umístěných na webu, a dále úložiště senzorických dat, která jsou zjistitelná,
přístupná a pokud je to nutné též ovladatelná přes web.
"Právě nyní určité skupiny na vertikálních trzích vytvářejí senzorové weby, s
nimiž umějí komunikovat pomocí jejich vlastního jazyka. Veškeré tyto weby však
zatím může využívat pouze úzká skupina lidí," vysvětluje Michael Botts,
profesor Alabamské univerzity a hlavní architekt jazyka SML (Sensor Model
Language), který představuje standardní kódovací schéma XML pro metadata, jež
popisují senzory a senzorické údaje.
V budoucnu by ale měla být některá získaná data běžně přístupná všem. "Snažíme
se celou věc usnadnit vytvořením standardizovaných SML rozhraní, která by
představovala jakýsi obal kolem stávajícího hardwaru a softwaru," říká Carl
Reed, výkonný ředitel specifikačního programu Open GIS.
"Vizí budoucnosti jsou autonomnější senzorové weby, které mohou fungovat a
komunikovat samy o sobě," dodává Botts. Pracovníci GIS předpokládají, že
uživatelé nakonec budou moci kombinovat data z různých senzorových sítí a
vytvářet jejich prostorová zobrazení. Například americká inspekce životního
prostředí by mohla zkombinovat v reálném čase shromažďované údaje ze senzorů,
které se nacházejí v blízkosti místa úniku chemikálií spolu se senzorickými
údaji o větru, a stanovit tak velikost a směr chemického mraku, způsobeného
zmíněným únikem.
Firmy by zase mohly kombinovat data ze senzorů v přepravních kontejnerech spolu
s výrobními údaji tak, aby mohly fungovat nepřetržitě s nejnižším možným stavem
zásob. "Standardy začaly vytvářet takovou úroveň interoperability, která dosud
neexistovala," říká Reed. "Pro firemní IT spočívá přínos v tom, že mohou využít
informací v rámci celého rozhodovacího cyklu.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.