Eu queria repassar este artigo do Nanowerk. O objetivo é informar ao público o quão vasto é o uso desta indústria de biossensores nanotecnológicos. A poeira inteligente tem sido pulverizada por pulverização aérea (“geoengenharia” por chemtrails) há décadas em toda a nossa biosfera. Esta é uma forma pela qual nossos corpos são contaminados com a nanotecnologia de automontagem. Como é usado para monitorar e alterar o ambiente sem fio, o mesmo se aplica aos humanos.
O que é poeira inteligente e como ela é usada?
Imagine uma nuvem de sensores, cada um do tamanho de um grão de areia ou até menor, soprados por ventos de furacão e transmitindo dados sobre a tempestade para estações meteorológicas abaixo. Imagine uma rede de sensores invisível incorporada nas estradas de uma cidade inteligente para monitorizar o tráfego, os danos na superfície das estradas e identificar lugares de estacionamento disponíveis – tudo em tempo real. Ou bilhões de nanossensores distribuídos por florestas e outras áreas com risco de incêndio para detectar um incêndio logo no início. Ou imagine poeira inteligente programável que aciona um sinal de alarme quando microfissuras invisíveis são detectadas em uma pá de turbina.
Poeira inteligente refere-se a redes sem fio de computação autônoma em escala submilimétrica e plataformas de detecção não maiores que um grão de areia. A poeira inteligente detecta e registra dados sobre seu ambiente, como luz, temperatura, som, presença de toxinas ou vibrações, e transmite esses dados sem fio para sistemas de computador maiores.
A poeira inteligente é uma visão do futuro em rede, onde redes inteligentes de trilhões de minúsculos sensores sentem, provam, cheiram, veem e ouvem continuamente o que está acontecendo no ambiente circundante, comunicam-se entre si e trocam informações. As redes inteligentes de poeira são os dispositivos mais avançados da Internet das Coisas (IoT).
O pó inteligente é revolucionário porque os sensores são pequenos o suficiente para serem colocados em qualquer lugar, mesmo em áreas estreitas e difíceis. Outra grande vantagem é que estes dispositivos funcionam sem qualquer intervenção humana, pois são pré-programados e, apesar do seu pequeno tamanho, possuem fonte de alimentação própria.
Espera-se que esta tecnologia não só monitorize controles de edifícios, condutas, equipamentos de fábrica e processos de produção de medicamentos, mas também conduza a uma computação inteligente artificial autônoma e ubíqua perto do utilizador final, como autenticação, procedimentos médicos e monitoramento de cuidados de saúde, detecção e rastreamento, monitoramento industrial e da cadeia de suprimentos e aplicações de defesa.
Embora os dispositivos inteligentes contra poeira não estejam exatamente no território do tamanho da poeira, os pesquisadores esperam reduzir esses dispositivos ao tamanho de uma partícula de poeira por meio da nanotecnologia.
Para serem economicamente viáveis, esses dispositivos descartáveis têm de ser baratos (estamos a falar de centavos ou mesmo frações de centavo), ainda mais baratos do que as etiquetas de identificação por radiofrequência atualmente utilizadas para rastrear o inventário de armazéns, por exemplo.
Como funciona o pó inteligente e o que ele faz?
As redes inteligentes de poeira contêm nós (chamados “mote”) que combinam detecção, computação, capacidades de comunicação sem fio e fonte de alimentação autônoma em um pacote minúsculo com um volume de poucos milímetros cúbicos ou até menos.
A poeira inteligente é baseada em sistemas microeletromecânicos, ou MEMS. MEMS consistem em qualquer combinação de componentes mecânicos (alavancas, molas, membranas, etc.) e elétricos (resistores, capacitores, indutores, etc.) para funcionar como sensores ou atuadores. No futuro, à medida que as tecnologias de fabricação avançam, o seu tamanho diminuirá ainda mais para NEMS – sistemas nanoeletromecânicos.
Os motes são construídos usando técnicas convencionais de microfabricação de silício e podem permanecer suspensos em um ambiente semelhante ao pó (daí o nome).
Cada cisco pode ser deixado sozinho para coletar dados ambientais, como luz, temperatura, pressão, vibrações, existência de toxinas, etc., e transmitir esses dados sem fio para sistemas de computador remotos maiores – ou, dependendo do poder de computação do cisco, processos. diretamente no ponto de coleta de dados.
Por exemplo, em um ambiente industrial, sensores inteligentes de poeira retransmitem sinais para um computador de comando, que então compila os dados para fornecer feedback aos gerentes da fábrica. Ou os resultados podem desencadear uma resposta automática, como diminuir a temperatura de um edifício ou reduzir o fluxo de água.
Outro exemplo é o programa SHIELD da DARPA, que planeia utilizar chips em microescala para rastrear e autenticar a cadeia de fornecimento de chips de computador para aplicações de defesa. O objetivo é eliminar os circuitos integrados falsificados da cadeia de fornecimento de produtos eletrônicos, tornando a falsificação muito complexa e demorada para ser rentável. A SHIELD pretende combinar criptografia, sensores, energia de campo próximo e comunicações no nível da NSA em um minúsculo chip capaz de ser inserido na embalagem de um circuito integrado.
Origem do conceito de poeira inteligente
O ‘Smart Dust’ foi concebido pela primeira vez na década de 1990 pelo Dr. Kris Pister, enquanto professor de engenharia elétrica na Universidade da Califórnia, Berkeley, como uma maneira simples de implantar sensores sem fio inteligentes.
Na época, Pister imaginou um mundo em que sensores onipresentes pudessem medir tudo o que pudesse ser medido. Imediatamente, ele pensou em aplicações ambientais, como o monitoramento climático (leia seu documento conceitual de 2000: Desafios emergentes: redes móveis para “Poeira Inteligente”).
Mas não é surpresa que tenham sido os militares que deram o impulso e o financiamento ao desenvolvimento do pó inteligente. Em 1992, a DARPA financiou a pesquisa de Pister no projeto Smart Dust (você pode ler a proposta original aqui em PDF).
Componentes de um mote de poeira inteligente
Basicamente, cada cisco consiste em quatro classes de dispositivos: sensores, circuitos, comunicação e fonte de alimentação. Em um nó sensor sem fio, isso seria conceitualmente semelhante a este esquema:
O pacote inteiro contém um ou mais sensores MEMS ou NEMS para realizar a principal finalidade de detecção do mote de detectar e medir coisas como vibração, temperatura, pressão, som, luz, campo magnético, etc. e armazenar dados. Circuitos (microcontrolador) para interface com os sensores e processamento e armazenamento de dados. A comunicação idealmente compreende um transmissor e uma antena 3D que garantem radiação igual em todas as direções, permitindo assim uma comunicação insensível à orientação. A fonte de alimentação para todo o mote, dependendo da área de operação, pode ser um conjunto de células solares ou alguma forma de bateria de película fina ou supercapacitor.
O pacote completo fica assim:
Embora as dimensões do cubo no exemplo acima sejam de 21 mm de cada lado, ele ilustra o conceito básico e a arquitetura dos componentes de um grão de poeira inteligente. A miniaturização inevitável acabará por levar a uma escala submícron para esses dispositivos.
Aqui estão mais dois exemplos de como a miniaturização leva a componentes incrivelmente pequenos.
Sistemas de lentes em microescala impressas em 3D
Os pesquisadores demonstraram objetivas multilentes totalmente funcionais com tamanhos de cerca de 100 mícrons, aproximadamente o tamanho de um grão de sal, que poderiam levar a partículas de poeira inteligentes com visão autônoma. As lentes apresentam desempenho sem precedentes e alta qualidade óptica com resoluções de até 500 pares de linhas por milímetro para aplicações de imagem.
Fonte de alimentação do tamanho de poeira
Dispositivos de armazenamento de energia cada vez menores na faixa submilimétrica para componentes microeletrônicos ainda menores são um grande desafio técnico. No entanto, os investigadores conseguem reduzir continuamente o seu tamanho, como mostra este exemplo de nanosupercapacitor – é do tamanho de um grão de poeira, mas contém a voltagem de uma bateria AAA:
Poeira inteligente neural
É verdade que esta aplicação é um pouco mais avançada, mas trabalhada ativamente pelos pesquisadores. E, mais uma vez, os militares estão a liderar isto através do programa Electrical Prescriptions (ElectRx) da DARPA.
Os pesquisadores desenvolveram um dispositivo sem fio seguro, em escala milimétrica, pequeno o suficiente para ser implantado em nervos individuais, capaz de detectar atividade elétrica de nervos e músculos nas profundezas do corpo e que usa ultrassom para acoplamento de energia e comunicação. Eles chamam esses dispositivos de poeira neural.
Cada sensor de poeira neural consiste em apenas três partes principais: um par de eletrodos para medir sinais nervosos, um transistor personalizado para amplificar o sinal e um cristal piezoelétrico que serve ao duplo propósito de converter a energia mecânica das ondas de ultrassom geradas externamente em energia elétrica. e comunicar a atividade nervosa registrada.
E embora ainda não estejam ligados em rede, os investigadores já demonstraram a viabilidade de inserir chips de computador em células individuais. Mas vocês podem imaginar até onde isso pode chegar… (caros teóricos da conspiração: POR FAVOR, não nos enviem seus comentários!).
Situação atual e desafios
Os principais desafios que os investigadores têm enfrentado são a falta de energia suficiente num espaço reduzido e as dificuldades de integração de sistemas de energia nestes dispositivos de grande escala. Como a densidade de armazenamento das tecnologias de bateria não seguiu as tendências de escalabilidade da lei de Moore, os sistemas IoT precisam contar com a conversão de energia de fontes externas, como ondas térmicas, vibracionais, luminosas ou de rádio.
À medida que a nanoeletrônica e as tecnologias de embalagem evoluem, agora pode ser o momento certo para começarmos a repensar as soluções para estes problemas e avançar para pequenos sistemas informáticos mais potentes do que o que foi originalmente proposto.
A capacidade de integrar vários chips nanoeletrônicos – como processador, memória e energia fotovoltaica – em um processo de empacotamento em nível de wafer em escala industrial, criando poeira inteligente movida a energia solar, libera o potencial de fabricação em larga escala desses sistemas integrados compactos com alto desempenho e custo ultrabaixo.
Aplicações de poeira inteligente
A vasta gama de aplicações de poeira inteligente torna impossível fornecer descrições detalhadas em apenas um único artigo. Portanto, apenas listamos algumas áreas principais abaixo:
- Agricultura: Monitoramento constante das necessidades nutricionais de uma cultura, irrigação, fertilização e controle de pragas. Esta informação valiosa pode ajudar a aumentar a quantidade e a qualidade da colheita. Também pode registrar condições do solo como pH, fertilidade, infestações microbianas, ou seja, informações vitais para o crescimento da planta.
- Indústrias: Triagem contínua de equipamentos essenciais, solicitando ações quanto à sua manutenção. Avaliar a condição exata das máquinas, sua fraqueza e corrosão pode evitar a falha completa do sistema.
- Ambiente. Monitoramento ambiental químico e biológico para questões de saúde e segurança (água, ar, solo). Por exemplo, a poeira inteligente plasmônica poderia sondar reações químicas locais, conforme mostrado nesta animação:
- Infraestrutura urbana: a monitoramento de edifícios, estradas, pontes, túneis, tubagens de água e esgotos, redes elétricas e de telecomunicações tornar-se-á parte de um conceito global de cidade inteligente. Por exemplo, o pó inteligente já poderia estar incorporado no concreto durante a construção.
- Gestão de inventário: Rastrear os produtos desde as suas fábricas até às prateleiras de retalho através de instalações de transporte (navios para caminhões) garantiria um controlo rigoroso do inventário.
- Diagnóstico médico: veja poeira neural inteligente acima
- Setor de transportes: O pó inteligente transporta produtos perecíveis, pois esses materiais exigem monitoramento constante. Durante o transporte de mercadorias perecíveis, certos parâmetros como temperatura, umidade e aeração devem ser monitorados continuamente. Da mesma forma, o pó inteligente ajuda a monitorar a saúde dos animais e a controlar as condições necessárias, como temperatura, ar e umidade, para um transporte seguro.
- Aplicações militares: Auxilia no acesso a atividades em áreas remotas ou inacessíveis. Também pode determinar a presença de gases tóxicos ou substâncias nocivas e ajudar a tomar as medidas necessárias. Redes de sensores em campos de batalha.
- Exploração espacial: Clima, monitoramento sismológico de planetas e luas do sistema solar. Os cientistas também estão explorando um tipo inteiramente novo de telescópio espacial com uma abertura feita de enxames de partículas liberadas de um recipiente e controladas por um laser. O Programa de Conceitos Avançados Inovadores da NASA está financiando a segunda fase do projeto “arco-íris em órbita”, que tenta combinar óptica espacial e smartdust, ou tecnologia de sistema robótico autônomo.
Riscos e preocupações com poeira inteligente
A adoção em larga escala do pó inteligente traria consigo uma série de riscos:
Privacidade. Muitos que têm reservas sobre as implicações do pó inteligente no mundo real estão preocupados com questões de privacidade. Os dispositivos inteligentes contra poeira se tornarão tão pequenos que serão invisíveis a olho nu e, portanto, extremamente difíceis de detectar. Eles podem ser programados para registrar tudo o que seus sensores são capazes de fazer (ironicamente, as pessoas começaram a carregar voluntariamente dispositivos que realizariam exatamente isso). Você provavelmente não saberá quem está coletando os dados e o que está fazendo com eles. Sua imaginação pode correr solta em relação às implicações negativas para a privacidade quando a poeira inteligente cai em mãos erradas.
Ao controle. Depois que bilhões de dispositivos inteligentes contra poeira forem implantados em uma área, será difícil recuperá-los ou capturá-los, se necessário. Dado o quão pequenos eles são, seria um desafio detectá-los se você não fosse informado de sua presença. O volume de poeira inteligente que poderia ser utilizado por um indivíduo, empresa ou governo desonesto para causar danos tornaria um desafio para as autoridades controlá-lo, se necessário.
Custo. Tal como acontece com qualquer nova tecnologia, o custo para implementar um sistema inteligente de poeiras que inclua os satélites e outros elementos necessários para a implementação completa é elevado. Até que os custos baixem, será uma tecnologia fora do alcance de muitos.
Poluição. Os grãos de poeira inteligentes são essencialmente dispositivos descartáveis. A menos que sejam totalmente biodegradáveis, surge a questão de saber se irão poluir as áreas onde são utilizados (solo, ar, água).
Saúde. Assim que as partículas de poeira inteligentes encolherem até à nanoescala, o seu perfil de risco corresponderá ao das nanopartículas em geral e ao risco potencial para a saúde associado à sua inalação ou ingestão.
Questões legais. A falta de segurança que protege a informação criada pelas redes de poeira inteligente está a criar não só preocupações de privacidade, mas a rede pode ser acedida sem autorização (ou seja, hackeada) por terceiros e a sua informação pode ser utilizada para fins ilegais.