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"L'avenir est créé par vous, mais pas pour vous."
(The Strugatsky Brothers "Ugly Swans")
Jusqu'à récemment, le concept de l'Internet des objets (IoT - Internet of Things) semblait étrange pour beaucoup, mais aujourd'hui, les meilleurs représentants de la civilisation ont déjà commencé à parler d'Internet avec une nouvelle chose (IoNT - Internet of NanoThings). En fait, s'il est possible de transformer n'importe quelle «chose» d'un réfrigérateur en une personne en un élément de réseau, alors pourquoi ne pas pénétrer profondément dans le réfrigérateur ou même une personne? Et qu'en est-il, par exemple, des produits? - Rien de pourri? Comme leurs camarades plus «grands», les nanobusiness sont réunis en réseaux nanométriques, parmi lesquels se distinguent non seulement les champs électromagnétiques, mais aussi les réseaux moléculaires.
Deux Internet
Il y a un tel signe - plus il y a de baies sur le sorbier, plus l'hiver est rude. Il y a quelques années, dans notre jardin, il n'y avait pas de baies sur le sorbier et, par exemple, l'oignon habituel était presque complètement sans pelure (un autre signe populaire). Et il n'y avait pratiquement pas d'hiver. Il semblerait qu'une question aussi simple - comment le sorbier et l'oignon le savent-ils? Si vous y réfléchissez, il s'avère que la question n'est pas si simple. Il est possible que le puzzle des cendres de montagne puisse être résolu en pénétrant à l'intérieur de ces plantes à l'échelle nanométrique. Et cela pourrait très bientôt devenir une réalité.
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Nous parlons de l'IoT depuis longtemps dans le monde, et il est logique que l'IoNT soit apparu lorsque certaines «choses» ont commencé à inclure des microcapteurs, microprocesseurs, antennes miniatures et batteries bon marché. L'émergence et le développement de l'IoNT sont étroitement liés aux progrès de la nanotechnologie, qui est désormais souvent intégrée dans divers secteurs industriels, notamment la défense, l'aérospatiale, les soins de santé, la production biomédicale et industrielle, et encore plus loin dans le divertissement et la vente au détail. Fabriquer les appareils fabriqués à l'aide de ces technologies pour échanger des informations est un rêve chéri pour de nombreux spécialistes qui veulent au moins connaître le flux de divers processus technologiques dans n'importe quelle industrie ou tous les changements dans le corps humain. Le développement de nanomachines dotées de capacités de communication et leur intégration avec des micro et macro-dispositifs donne naissance à nos yeux à un nouveau paradigme de l'Internet qui peut toucher presque tous les domaines de la vie, des soins de santé à la sécurité nationale. Et puis même Big Brother recevra évidemment au moins Little Brother pour vous aider.
En fait, la nanotechnologie est une nouvelle industrie engagée dans le développement de dispositifs extrêmement petits capables de produire des actions simples. Étant simples et n'effectuant que des opérations primitives, les nanomachines individuellement ne sont pas capables de travailler avec des tâches complexes. Bref, au revoir. Pour assurer le travail avec des applications plus complexes, telles que la livraison de médicaments à l'organe souhaité dans le corps humain, la capacité d'échanger des informations et des commandes entre les objets réseau et le contrôleur est nécessaire, ce qui conduit à la nécessité de créer le concept de nanoréseaux. Dans le même concept, il est nécessaire de prévoir la connexion entre l'IoNT et l'IoT, et la création de telles interfaces, nécessaires, par exemple, lors du passage du corps d'une personne à un réseau de communication qui nous est familier, sera une tâche intéressante distincte.
En général, l'IoNT est un ensemble de nanodispositifs connectés sans fil qui ont accès aux réseaux de communication et, surtout, à Internet. Sinon, de nombreux réseaux de communication à l'échelle nanométrique pourraient être connectés à Internet dans un avenir prévisible, élargissant le monde de l'IoT à l'IoNT. En fait, l'IoNT est un nouveau développement local de l'IoT là où il est nécessaire ou là où c'est possible. Et à l'intérieur des objets vivants et non vivants, et à l'extérieur.
Il est facile de supposer que ces capacités technologiques augmenteront inévitablement. Il est possible qu'un jour ce développement local devienne mondial et, par exemple, une sorte de nanopoudre intelligente traversera les mers et les océans à travers les pays et les continents, et des nanocapteurs seront présents dans presque tous les produits solides, liquides et en vrac afin d'informer à temps si la formulation, le climat, la viscosité et d'autres propriétés sont violés, sans exclure des informations sur ce que fait actuellement l'Agent 007, sur le revers de sa veste qui est un grain de haute technologie. Et, par exemple, avec l'apparition de parfums ordinaires, en raison de nanoparticules intelligentes, ils signaleront eux-mêmes à temps la conformité à une odeur donnée et les médicaments - leur effet réel sur le corps.
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Les études sur les technologies prometteuses pour les télécommunications ont déjà abordé, par exemple, l'utilisation de substances à base de phéromones, avec lesquelles les représentants de la flore et de la faune ont longtemps appris à échanger des informations. À quoi cela ressemblerait-il dans certaines communications mobiles 8G, capturant de manière encore plus sensible toutes les nuances des données personnelles de la clientèle? - Eh bien, par exemple, comme ceci: le centre de suivi du service de satisfaction client a noté un fort changement dans l'odeur émanant d'un abonné situé à un point particulier, et l'intelligence artificielle intégrée, la considérant comme une frayeur, appelée services d'urgence à ce moment-là. Qui sait, des nanostructures sous forme de nanopoudres imitant des phéromones seront-elles créées au fil du temps?
Une étude de l'Univers numérique publiée il y a quelques années par EMC indique que la taille de l'univers numérique double tous les 2 ans. Et si, selon les prévisions, l'IoT est des milliards d'objets et d'appareils de tous les jours qui ont des identifiants uniques et peuvent automatiquement enregistrer, collecter et recevoir des données, alors l'IoNT représente déjà au moins des milliards de nanodispositifs.
Les changements dans la structure de la demande et les applications innovantes devraient entraîner une forte augmentation de la demande sur le nouveau marché au cours des prochaines années. Cela est particulièrement prévisible lorsqu'il sera possible de créer des opportunités commerciales intéressantes sur ce marché. Le marché de l'IoNT devrait atteindre 10 milliards de dollars d'ici 2020, avec un taux de croissance annuel global (TCAC) estimé à 22,81%. Selon les experts, le développement du marché de l'IoNT est dû à trois moteurs principaux: la poursuite de la connectivité réseau omniprésente, les incitations gouvernementales et les avantages bien connus des appareils connectés. Néanmoins, garantir la confidentialité et la sécurité, ainsi que la taille requise des investissements dans les nanotechnologies, devraient être les contraintes les plus puissantes pour le développement du marché mondial de l'IoNT. Cependant, malgré ces limites, il existe déjà une demande croissante de divers secteurs industriels dans l’intérêt d’élargir les opportunités pour le marché mondial.
L'un des plus grands acteurs du marché de l'IoNT est désormais Intel Corporation, Cisco Systems Inc., Qualcomm Incorporated, Juniper Networks et IBM Corporation aux États-Unis, Schneider Electric en France, SAP SE et Siemens AG en Allemagne et autres.
IoNT passé
Comme vous pouvez le deviner, Internet n'a jamais eu de passé dans le sens moderne du passé. Comme on dit, il n'y avait pas d'Internet, il n'y avait rien de nouveau - il n'y avait pas de problème. Cependant, revenons à cela plus tard, mais pour l'instant, traitons les défis actuels de l'humanité progressiste.
Real IoNT
À tout le moins, une personne moderne comprend pourquoi l'IoNT peut être utilisé et quels avantages il peut apporter. Mais alors que tout est à ses balbutiements, développer un concept et choisir des technologies. Heureusement, certaines entreprises avancées ont des futurologues et d'autres rêveurs marketing. Cependant, les spécialistes sont plus intéressés par la façon dont tout cela sera organisé et comment cela fonctionnera. Et bien que l'humanité n'ait rien inventé d'autre, il devrait probablement y avoir tout «comme les adultes», c'est-à-dire les composants habituels exécutés par le «nano»: caméras, téléphones, capteurs scalaires, processeurs, cartes mémoire, alimentations, antennes et émetteurs-récepteurs. Aujourd'hui, de nombreux développeurs travaillent dur sur cette nano-mosaïque pour qu'elle fonctionne à l'image et à la ressemblance du macrocosme, et seulement alors, elle changera d'une manière ou d'une autre au fil du temps. Tout dépend du développement des nouvelles technologies et de leur pénétration dans nos vies, ainsi que de l'intérêt des utilisateurs finaux pour elles. Selon le nombre de choses et leur type, diverses technologies peuvent être utilisées pour collecter, traiter et échanger des informations dans le cadre d'un transfert de données transparent entre les appareils.
Les nano-objets doivent interagir n'importe où, à tout moment, et ils peuvent eux-mêmes être hétérogènes, travaillant avec l'IoT et l'IoNT. Comme dans l'histoire de l'Internet des objets, chaque élément de l'IoNT dans la chaîne de valeur devrait subir, peut-être, des changements révolutionnaires et l'optimisation de sa fonctionnalité. Compte tenu des difficultés concomitantes, les facteurs qui stimulent le marché de l'IoNT convergent souvent vers le soutien du gouvernement, mais l'augmentation à venir de la connectivité est également utile pour les leaders du marché et de l'industrie.
Le développement de la nanotechnologie va de pair avec l'avènement de nouveaux développements sur Internet et les réseaux de capteurs. Ces dernières années, la direction des nanocommunications est apparue, dont le but est de créer de nouveaux paradigmes pour l'interaction des nanodispositifs afin d'améliorer leurs capacités et méthodes d'application. Cependant, les nanodispositifs peuvent communiquer non seulement en mode ad hoc. L'incorporation de nanocapteurs dans divers objets et appareils entourant les utilisateurs peut ajouter une nouvelle dimension au concept IoT en ajoutant IoNT. De tels capteurs nanométriques miniatures peuvent fournir des données à grain fin à l'intérieur d'objets ou de zones difficiles à atteindre. Par exemple, les nanocapteurs corporels peuvent collecter et transmettre des signaux électrocardiographiques et autres signaux vitaux. Les microcapteurs installés dans l'environnement peuvent collecter des informations sur les agents pathogènes et les allergènes présents dans un emplacement physique particulier. Si vous combinez ces deux sources de données basées sur l'IoNT, vous pouvez obtenir un diagnostic précis et surveiller l'état du patient.
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Néanmoins, face à la nanotechnologie, la communauté des ingénieurs a reçu un nouvel ensemble d'outils pour développer des composants à l'échelle nanométrique avec des fonctionnalités sans précédent. Eh bien, l'intégration de plusieurs nanocomposants dans un seul organisme à l'aide de nanosystèmes contribuera au développement de plus en plus de nanomachines, ce qui créera de nombreuses applications dans les domaines biomédical, environnemental, industriel et militaire. Cependant, aujourd'hui, la façon dont les nanomachines communiqueront entre elles, mais aussi comment elles échangeront des informations avec des «choses» plus grandes, n'est pas encore totalement claire. En réponse à ce défi ces dernières années, une nouvelle direction est apparue dans le domaine de la nanotechnologie - nanofils ou communications entre nanodispositifs: nanocircuits, nanorobots, nanodrons, nanomachines, etc. La taille des nanorobots, soit dit en passant, est de 0,1 à 10 microns.
En fait, de nombreux appareils deviennent de plus en plus miniatures et bientôt les objets physiques connectés à Internet ne seront pas faciles à remarquer à l'œil nu; les ordinateurs de la taille d'un grain de sel comprendront une batterie solaire, une batterie à couche mince, une mémoire à accès aléatoire, un capteur de pression, un appareil radio sans fil et une antenne; les caméscopes de la taille d'un grain fonctionnent déjà à la plus haute résolution; des capteurs de la taille d'un grain de poussière (0,05x0,005 mm) peuvent mesurer la température et la pression, reconnaître le mouvement et transmettre les données reçues.
En général, un jour, avec l'avènement de véritables succès IoNT, la vie deviendra meilleure, la vie sera plus amusante.
Comment faire
Il est à noter que la recherche dans ce sens est si importante qu'elle est même entrée dans la liste des travaux prioritaires de la célèbre agence américaine de recherche avancée en défense DARPA. Eh bien, vous pouvez implémenter tout ce qui précède de différentes manières.
L'interconnexion entre les nano-réseaux et Internet nécessite l'émergence de nouvelles solutions technologiques pour créer des interfaces entre les nano-et macro-réseaux, le développement de nouvelles méthodes de communication, des méthodes de traitement et de stockage d'une énorme quantité de données circulant dans les nano-réseaux, et de nouveaux modèles de service de données à partir de nano-sources d'information. Le processus de transmission de l'information à l'échelle nanométrique peut être basé sur divers principes physiques: moléculaire, c'est-à-dire se produisant dans un environnement biologique, photon, acoustique et, bien sûr, électromagnétique. Ce dernier comprend différents types de communication: femtocellule, ZigBee, signaux ultra-large bande, Li-Fi, etc. La communication elle-même peut être effectuée entre des appareils situés sur la même puce, et entre de tels cristaux, ainsi que pour atteindre le niveau micro.
Ici, par exemple, les feux clignotants, qui nous ennuient généralement, s'avèrent bénéfiques. Visible Light Communication (VLC) ou Li-Fi, comme on l'appelle également, utilise des impulsions lumineuses pour transmettre des informations sans fil. Basé sur les LED Li-Fi, il a atteint des taux de transfert de données étonnamment élevés en laboratoire et peut déjà rivaliser avec le Wi-Fi conventionnel. Soit dit en passant, en 2005, en utilisant des méthodes de génie génétique, des neurones qui ont répondu à la lumière d'une certaine couleur ont été créés, la technologie correspondante a été appelée optogénétique. Les rayons lumineux de différentes couleurs vous permettent d'activer et de désactiver des neurones spécifiques pour, par exemple, traiter la douleur chronique ou apaiser le patient. Un facteur important dans une telle luminothérapie est le temps, car le même signal envoyé quelques millisecondes plus tôt ou plus tard peut avoir la signification opposée pour le cerveau du patient.
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Cependant, pour les signaleurs, les principes de la communication électromagnétique sont beaucoup plus familiers et compréhensibles beaucoup plus bas. Ils sont définis comme la transmission et la réception du rayonnement électromagnétique de divers composants basés sur de nouveaux nanomatériaux. L'une des incarnations des nanocommunications mises en œuvre aujourd'hui est le paradigme du développement de réseaux sans fil sur puce (Wireless Network on Chip, WiNoC), notamment pour le transfert de données entre des nanocircuits situés sur un substrat commun. Bien sûr, ce n'est pas encore l'IoNT, mais quelque chose de très similaire dans la technologie, qui a également sa propre petite histoire. À une époque, le travail sur une méthodologie de conception de puces multicœurs a conduit à l'idée de créer un réseau sur puce (Network on Chip, NoC) et est devenu une direction importante dans le développement de systèmes sur puce (System on chip, SoC). Et récemment, les yeux des experts se sont tournés vers WiNoC, applicable à la nanotechnologie et à la création de l'IoNT.
En particulier, le problème d'assurer le contact électrique d'un dispositif ou circuit nanoélectronique et de tout macro-élément sans pertes significatives de la densité de courant atteignable à l'échelle nanométrique est actuellement d'actualité. Il s'est avéré que la méthode couramment utilisée de production lithographique de plages de contact est inefficace pour le traitement de signaux parallèles à grande échelle, nécessitant la combinaison de nombreux nanosystèmes sur une seule puce. Ce problème est résolu à l'aide de la communication sans fil, lors de l'utilisation des effets du couplage capacitif entre des plots de contact miniatures ou du couplage inductif entre des inducteurs en spirale.
L'une des implémentations WiNoC les plus courantes prévoit la présence dans une seule puce de lignes de signaux filaires sans fil et traditionnelles. Dans ce cas, l'ensemble du système sur la puce est classiquement divisé en sous-réseaux de groupes de noyaux, à l'intérieur desquels la communication est réalisée par des lignes filaires.
Chacun de ces sous-réseaux est équipé d'une station de base miniature (BS), qui assure la transmission et la réception de paquets de données sur les canaux radio à partir d'autres sous-réseaux. Tous les cœurs du sous-réseau sont connectés à leur BS via des liaisons filaires. Le paquet de données est transmis entre les cœurs de différents sous-réseaux d'abord localement à la BS correspondante, puis par voie hertzienne à la BS du sous-groupe dans lequel se trouve le destinataire, puis sur la ligne filaire jusqu'à la destination. L'intégration de la BS dans le réseau radio peut être réalisée selon la topologie de l'étoile, de la boucle, du réseau maillé, etc., c'est-à-dire tout comme cela se fait habituellement au niveau macro. Dans des solutions plus complexes, des sections de la transmission de signaux câblés peuvent être complètement absentes, bien que la mise en œuvre hybride décrite ci-dessus soit technologiquement plus simple.
Les progrès récents de la physique moléculaire et, en particulier, les nouvelles propriétés du carbone applicables dans l'intérêt de l'électronique ont ouvert la porte à une nouvelle génération de nano-composants électroniques comme les nano-accumulateurs, la nano-mémoire, les circuits logiques à l'échelle nanométrique et les nano-antennes. Soit dit en passant, la miniaturisation de l'antenne classique (et pas seulement de l'antenne) conformément aux exigences de la taille des nanomachines implique l'utilisation de fréquences radio très élevées, ce qui, semble-t-il, pourrait compromettre la faisabilité de tels réseaux.
Actuellement, la recherche en nanotechnologies se concentre sur l'augmentation de la bande passante d'un canal de communication en utilisant des signaux ultra-large bande occupant toute la gamme de fréquences térahertz (térahertz = 1012 Hz). Des connexions entre nanomachines à des vitesses de plusieurs térabits par seconde sont tout à fait possibles, mais uniquement à des distances bien inférieures à 1 mètre. , . . . , , , , . , , .
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