智能塵埃

　　應(yīng)用

　　1、軍事應(yīng)用

　　智能塵埃系統(tǒng)也可以部署在戰(zhàn)場(chǎng)上，遠(yuǎn)程傳感器芯片能夠跟蹤敵人的軍事行動(dòng)，智能塵?？梢员淮罅康匮b在宣傳品，子彈或炮彈殼中，在目標(biāo)地點(diǎn)撒落下去，形成嚴(yán)密的監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，敵國(guó)的軍事力量和人員、物資的運(yùn)動(dòng)自然一清二楚。美國(guó)五角大樓希望在戰(zhàn)場(chǎng)上放置這種微小的無線傳感器，以秘密監(jiān)視敵軍的行蹤。美國(guó)國(guó)防部在四年以前就已經(jīng)把它列為一個(gè)重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目。如果像美國(guó)預(yù)想的那樣，智能塵埃用在戰(zhàn)場(chǎng)上，美國(guó)的軍事實(shí)力又將與其他國(guó)家再度拉開距離。智能塵埃還可以用于防止生化攻擊——智能塵?？梢酝ㄟ^分析空氣中的化學(xué)成分來預(yù)告生化攻擊。此外，智能塵埃還有許多具體的軍事應(yīng)用。

　　2、遠(yuǎn)程健康監(jiān)控

　　通過這種無線裝置，可以定期檢測(cè)人體內(nèi)的葡萄糖水平、脈搏或含氧飽和度，將信息反饋給本人或你的醫(yī)生，用它來監(jiān)控病人或老年人的生活。將來老年人或病人生活的屋里將會(huì)布滿各種智能塵埃監(jiān)控器，如嵌在手鐲內(nèi)的傳感器會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)送老人或病人的血壓情況，地毯下的壓力傳感器將顯示老人的行動(dòng)及體重變化，門框上的傳感器了解老人在各房間之間走動(dòng)的情況，衣服里的傳感器送出體溫的變化，甚至于抽水馬桶里的傳感器可以及時(shí)分析排泄物并顯示出問題……這樣，老人或病人即使單獨(dú)一個(gè)人在家也是安全的。

　　3、醫(yī)療應(yīng)用

　　英特爾正在研究通過檢測(cè)壓力來預(yù)測(cè)初期潰瘍的“SmartSocks”，以及通過檢測(cè)傷口化膿情況來確定有效抗生物質(zhì)的“智能繃帶”。如果一個(gè)胃不好的病人吞下一顆米粒大小的小金屬塊就可以在電腦中看到自己胃腸中病情發(fā)展的狀況，對(duì)任何一個(gè)胃不好的人來說無疑都是一個(gè)福音。智能塵埃將來可以植入人體內(nèi)，為糖尿病患者監(jiān)控血糖含量的變化。糖尿病人可能需要看著電腦屏幕上顯示的血糖指數(shù)才能決定合適自己的食物。

　　4、防災(zāi)領(lǐng)域的應(yīng)用

　　智能塵?？赡軙?huì)用于發(fā)生森林火災(zāi)時(shí)通過從直升機(jī)飛播溫度傳感器來了解火災(zāi)情況。作為進(jìn)一步的應(yīng)用，將用于通過傳感器網(wǎng)絡(luò)調(diào)查北太平洋海洋板塊的美國(guó)華盛頓大學(xué)“海洋項(xiàng)目”及美國(guó)正在推進(jìn)的行星網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中。

　　5、大面積，長(zhǎng)距離無人監(jiān)控

　　以中國(guó)西氣東輸及輸油管道的建設(shè)為例，由于這些管道在很多地方都要穿越大片荒無人煙的無人區(qū)。這些地方的管道監(jiān)控一直都是道難題，傳統(tǒng)的人力巡查幾乎是不可能的事，而現(xiàn)有的監(jiān)控產(chǎn)品，往往復(fù)雜且昂貴。智能微塵的成熟產(chǎn)品布置在管道上將可以實(shí)時(shí)地監(jiān)控管道的情況，一旦有破損或惡意破壞都能在控制中心實(shí)時(shí)了解到。如果智能微塵的技術(shù)成熟了，僅西氣東輸這樣的一個(gè)工程就可能帶來上億元的智能微塵資金節(jié)省。電力監(jiān)控方面同樣如此，據(jù)了解，由于電能一旦送出就無法保存，因此，電力管理部門一般都會(huì)層層要求下級(jí)部門每月上報(bào)地區(qū)用電要求，但地區(qū)用電量的隨時(shí)波動(dòng)使這一數(shù)據(jù)根本無法準(zhǔn)確，國(guó)內(nèi)有些地方供電局就常常因數(shù)據(jù)誤差太大而遭上級(jí)部門的罰款。但一旦用智能微塵來監(jiān)控每個(gè)用電點(diǎn)的用電情況，這種問題就將迎刃而解?？傊?，從在擁擠的鬧市區(qū)可用作交通流量監(jiān)測(cè)器，在家庭則可監(jiān)測(cè)各種家電的用電情況以避開高峰期到感應(yīng)工業(yè)設(shè)備的非正常振動(dòng)來確定制造工藝缺陷，智能微塵技術(shù)潛在的應(yīng)用價(jià)值非常之大。而且，微塵器件的價(jià)格將大幅下降，已在50到100美元之間，預(yù)計(jì)5年之內(nèi)將降到1美元左右，這預(yù)示著智能微塵具有廣闊的市場(chǎng)前景。

　　發(fā)展

　　雖然智能塵埃應(yīng)用前景十分美好，但當(dāng)前仍存在著若干技術(shù)難題，還不能走向廣泛應(yīng)用。

　　研究者們?cè)趯EMS與其他電子器件集成到單一芯片的過程中遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。研究者們的目標(biāo)是如何將5mm級(jí)的微塵芯片縮小到1mm。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)MEMS實(shí)驗(yàn)室的聯(lián)合創(chuàng)始人之一Fedder試圖利用最新的制造工藝與最先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)解決這些難題，但要取得突破還有大量的工作要做。而且這需要杰出的、具有超凡的攻關(guān)能力的設(shè)計(jì)工程師來把所有功能集成到單一芯片內(nèi)。研究者們一直在努力開發(fā)先進(jìn)的設(shè)計(jì)工具以幫助工程師們最終完成這項(xiàng)艱巨的研究任務(wù)。由于研究者們認(rèn)識(shí)到智能塵埃技術(shù)必將獲得廣泛應(yīng)用，并對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生重大影響，辛勤工作的價(jià)值即在于此。這也是美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局于1998年便對(duì)加州大學(xué)伯克利分校該項(xiàng)技術(shù)的研究進(jìn)行資助的原因。

　　如何對(duì)這些極小的微型機(jī)械進(jìn)行供電是當(dāng)前設(shè)計(jì)者們所面臨的另一個(gè)棘手難題。當(dāng)前這些系統(tǒng)的測(cè)試或應(yīng)用都要靠微型電池供電。比較理想的情況是，未來能隨意部署這些無線微塵器件，而無電能之憂。部分研究者們致力于開發(fā)所謂的低功耗專用布線協(xié)議，以便能用最少的能量實(shí)現(xiàn)微塵之間的信息傳輸。過去兩年里，加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院和加州大學(xué)已經(jīng)開始對(duì)這樣的能源供給問題展開了研究。現(xiàn)在還沒有找到一個(gè)一攬子解決方案，但無線智能塵埃的供電和尺寸兩個(gè)問題都可望有所突破。在尺寸方面，兩年內(nèi)有可能把幾個(gè)功能半導(dǎo)體集成到一個(gè)半導(dǎo)體上。至于供電問題，加州大學(xué)伯克利分校ShadRoundy研究的燃料電池可延長(zhǎng)智能塵埃器件的工作時(shí)間。該燃料電池可以吸收周圍工業(yè)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的能量，或者從低度光源收集能量，這種技術(shù)有望在幾年內(nèi)有所突破。

　　雖然智能塵埃具有極廣泛的應(yīng)用前景，而且研究人員和商業(yè)開發(fā)者們都渴望智能塵埃技術(shù)能積極推廣應(yīng)用，但也謹(jǐn)慎地指出，尺寸問題和供電問題需要盡快解決。技術(shù)還沒有成熟，廣泛應(yīng)用估計(jì)還需要幾年時(shí)間。