ما هو الغبار الذكي وكيف يعمل؟

ما هو الغبار الذكي؟

الغبار الذكي عبارة عن مجموعة من أجهزة الاستشعار الصغيرة – التي يبلغ قياسها ملليمترًا مكعبًا واحدًا أو أقل – والتي تقوم بتوصيل البيانات ونقلها في الوقت الفعلي عبر شبكة لاسلكية. تم تطوير هذه الأجهزة في الأصل من قبل باحثين في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، ويتم نشرها بكميات كبيرة ويمكنها قياس أي شيء تقريبًا أثناء الطيران في الهواء.

مثل معظم أجهزة إنترنت الأشياء الأخرى ، تظل أجهزة استشعار الغبار الذكية على اتصال مستمر مع بعضها البعض وترسل تقاريرها إلى خادم مركزي عبر شبكة Wi-Fi أو الشبكات الخلوية. وبما أن الغرض الأساسي منها هو جمع البيانات، فقد تم تجهيز هذه الأنظمة الذكية لدعم مجموعة واسعة من حالات الاستخدام، بدءًا من مساعدة فرق الاستطلاع على الوصول إلى المناطق النائية في مناطق القتال إلى مراقبة المحاصيل الزراعية وكذلك المرضى من داخل أجسادهم .

كيف يعمل الغبار الذكي؟

“على الرغم من أن أجهزة الغبار الذكية ليست حاليًا صغيرة مثل جزيئات الغبار،” كما قال شوبوديب بول، أحد كبار مهندسي MEMs الحيوية في Nautilus Biotechnology ، لموقع Build In، “يهدف الباحثون إلى تقليل حجمها إلى حجم ذرة من الغبار باستخدام تكنولوجيا النانو “.

ومع ذلك، فقد اجتذبت تقنية جمع البيانات هذه اهتمامًا كبيرًا من كل من الكيانات الحكومية والشركات، حيث من المتوقع أن تصل قيمتها السوقية العالمية إلى 392 مليون دولار بحلول عام 2032.

يعتمد الغبار الذكي على نفس المفهوم الكامن وراء أجهزة إنترنت الأشياء (مثل كاميرات جرس الباب أو منظمات الحرارة الذكية)، التي تلتقط البيانات وتنقلها إلى مركز قيادة مركزي. لكن هذه الأجهزة يتم تقليصها إلى الحجم الصغير وتضاعفها بالآلاف أو الملايين أو حتى المليارات.

يبلغ قياس كل ذرة في شبكة الغبار الذكية ملليمترًا مكعبًا واحدًا أو أقل، ويتم بناؤها بدوائرها الخاصة لتحقيق قدرات الاستشعار والحوسبة المتكاملة. عند توزيعها في موقع مستهدف، تستخدم هذه المحركات المستقلة أجهزة إرسال واستقبال للترددات الراديوية للتواصل لاسلكيًا مع بعضها البعض، وجمع المعلومات بشكل مستقل لإبلاغ النتائج إلى مركز مركزي.

وقال بول: “تتحدث أجهزة الاستشعار مع كمبيوتر الأوامر، الذي يقوم بعد ذلك بمعالجة البيانات مركزيًا”. “يمكن لشبكة الغبار الذكي أن تبدأ استجابات تلقائية بناءً على المواقف البيئية المختلفة، ويمكن حتى استخدامها للتحكم في الأجهزة الأخرى.”

يتم استلام البيانات المرسلة بواسطة جهاز الاستقبال الموجود في الموقع أو عن بعد، حيث يتم تجميعها وتخزينها ومعالجتها بشكل أكبر.

تعتمد المحركات على مصادر طاقة مدمجة، يتم توليدها بواسطة بطاريات ذات غشاء سميك أو تقنيات حصاد الطاقة، مثل الخلايا الشمسية الكهروضوئية، أو الالتقاط الحراري أو الاهتزازات المحيطة . غالبًا ما تكون هذه الأجهزة مغلفة بمواد واقية تعتمد على البوليمر لحمايتها من الظروف القاسية التي قد تتحملها على مدى فترات طويلة من التعرض البيئي.

حالات الاستخدام للغبار الذكي

الزراعة

في الزراعة الدقيقة ، يمكن لتقنية الغبار الذكية مراقبة مستويات رطوبة التربة، ومحتوى العناصر الغذائية، والكشف عن أمراض المحاصيل وتحسين ممارسات الري والتسميد، وتعزيز غلات المحاصيل وتعظيم استخدام الموارد.

المراقبة البيئية

تم تجهيز أجهزة استشعار الغبار الذكية لقياس جودة الهواء ومستويات التلوث ودرجة الحرارة والرطوبة والإشعاع ومقاييس البيانات الأخرى في الوقت الفعلي لإرشاد إدارة النظام البيئي بشكل أفضل .

الرعاىة الصحية

يمكن لزرع أجهزة الغبار الذكية مراقبة العلامات الحيوية، واكتشاف مسببات الأمراض، وتتبع الالتزام بالأدوية. تتيح هذه التطبيقات مراقبة المرضى عن بعد وتدخلات الرعاية الصحية الشخصية. واستشهد عالم الروبوتات سيد شيهان، الذي طور واجهات حاسوبية مستوحاة من الدماغ كباحث مشارك في جامعة نانيانغ التكنولوجية في سنغافورة ، بدراسات الغبار العصبي التي تُجرى في جامعة كاليفورنيا في بيركلي باعتبارها اختراقًا في هذا المجال.

وقال شيهان: “ستحدث هذه التكنولوجيا ثورة في واجهات الدماغ والآلة، مما يسمح بالاتصال بين الدماغ والأجهزة الخارجية”. ومن داخل الجسم، يمكن لهذه المستشعرات اللاسلكية أن تمكننا من التحكم المعزز في الأطراف الصناعية والأطراف الروبوتية بدقة غير مسبوقة، وتقربنا من اليوم الذي “يمكن فيه لجهاز يشبه فيتبيت مراقبة الأعصاب أو العضلات أو الأعضاء الداخلية في الوقت الفعلي”.

العسكرية والدفاع والأمن

ومع حالات الاستخدام في المراقبة والاستطلاع ومراقبة ساحة المعركة، توفر أنظمة الغبار الذكية بيانات في الوقت الفعلي توفر الوعي الظرفي للعمليات العسكرية وعمليات الأمن الداخلي.

اللوجستية والتصنيع

يعد تتبع الأصول ومراقبة المخزون والصيانة التنبؤية للمعدات ومراقبة الموظفين واكتشاف السرقة من بين الطرق التي يمكن للغبار الذكي من خلالها تبسيط العمليات الصناعية – سواء كانت مدمجة داخل المصانع أو على طول طرق الشحن – لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة وتقليل وقت التوقف عن العمل.

مراقبة البنية التحتية

عند تطبيقها على البنية التحتية ، يمكن لهذه الأجهزة الذكية جمع البيانات عن الجسور والطرق والمباني لمراقبة السلامة الهيكلية (الكشف عن الشقوق أو التآكل أو الأضرار) وضمان الصيانة في الوقت المناسب من أجل السلامة والموثوقية.

ادارة الكوارث

من خلال جمع البيانات بشكل مستمر، تكون أجهزة الاستشعار الصغيرة هذه قادرة على اكتشاف العلامات المبكرة للزلازل أو التسونامي أو حرائق الغابات أو الأعاصير، مما يجعلها ضرورية لأنظمة الإنذار المبكر للمناطق المعرضة للكوارث وكذلك فرق الاستجابة السريعة والتعافي .