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"O futuro é criado por você, mas não para você."
(Os irmãos Strugatsky "cisnes feios")
Até recentemente, o conceito de Internet das Coisas (IoT - Internet of Things) parecia estranho para muitos, mas hoje os melhores representantes da civilização já começaram a falar sobre a Internet com uma coisa nova (IoNT - Internet of NanoThings). De fato, se é possível transformar qualquer "coisa" de uma geladeira em uma pessoa em um elemento de rede, por que não entrar profundamente na geladeira ou mesmo em uma pessoa? E os produtos, por exemplo? - Nada de podre? Assim como seus camaradas "grandes", as empresas de negócios estão unidas em redes de nanoescala, entre as quais destacam-se não apenas as eletromagnéticas, mas também as moleculares.
Internet dois
Existe esse sinal - quanto mais bagas nas cinzas da montanha, mais difícil o inverno. Há alguns anos, em nosso jardim, não havia bagas nas cinzas das montanhas e, por exemplo, a cebola habitual estava quase completamente sem casca (outro sinal popular). E praticamente não havia inverno. Parece que uma pergunta tão simples - como a cinza e a cebola da montanha sabem disso? Se você refletir sobre isso, a questão não é tão simples. É possível que o quebra-cabeça das cinzas da montanha possa ser resolvido penetrando dentro dessas plantas em nanoescala. E pode muito em breve se tornar realidade.
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Estamos conversando sobre a Internet das Coisas há muito tempo no mundo, e é lógico que a Internet das Coisas apareça quando certas "coisas" começarem a incluir microssensores, microprocessadores, antenas em miniatura e baterias de baixo custo. O surgimento e o desenvolvimento da IoNT estão intimamente relacionados ao progresso da nanotecnologia, que agora é frequentemente incorporada em várias verticais industriais, incluindo defesa, aeroespacial, saúde, biomédica, produção industrial e ainda mais ao entretenimento e varejo. Fabricar os dispositivos feitos usando essas tecnologias para trocar informações é um sonho acalentado por muitos especialistas que desejam pelo menos saber sobre o fluxo de vários processos tecnológicos em qualquer setor ou sobre todas as mudanças no corpo humano. O desenvolvimento de nanomáquinas com capacidade de comunicação e sua integração com dispositivos micro e macro dão origem a um novo paradigma da Internet que pode afetar quase todas as esferas da vida, da saúde à segurança nacional. E então até o Big Brother obviamente receberá pelo menos o Little Brother para ajudar.
De fato, a nanotecnologia é uma nova indústria envolvida no desenvolvimento de dispositivos extremamente pequenos, capazes de produzir ações simples. Sendo simples e realizando apenas operações primitivas, as nanomáquinas individualmente não conseguem trabalhar com tarefas complexas. Enfim, tchau. Para garantir o trabalho com aplicações mais complexas, como a entrega de medicamentos ao órgão desejado no corpo humano, é necessária a capacidade de trocar informações e comandos entre objetos de rede e o controlador, o que leva à necessidade de criar o conceito de nano-redes. No mesmo conceito, é necessário prever a conexão entre IoNT e IoT, e a criação de tais interfaces, necessária, por exemplo, ao passar do corpo de uma pessoa para uma rede de comunicação familiar para nós, será uma tarefa interessante separada.
Em geral, a IoNT é um conjunto de nanodispositivos conectados sem fio que têm acesso às redes de comunicação e, acima de tudo, à Internet. Caso contrário, muitas redes de comunicação em nanoescala podem ser conectadas à Internet no futuro próximo, expandindo o mundo da IoT para a IoNT. Na verdade, a IoNT é um desenvolvimento local adicional da IoT onde é necessário ou onde é possível. E dentro de objetos vivos e não-vivos, e fora.
É fácil supor que tais capacidades tecnológicas aumentem inevitavelmente. É possível que algum dia esse desenvolvimento local se torne global e, por exemplo, algum tipo de nanopó inteligente voe pelos mares e oceanos através de países e continentes, e os nanossensores estejam presentes em quase todos os produtos sólidos, líquidos e a granel para informar a tempo se a formulação, o clima, a viscosidade e outras propriedades são violadas, sem excluir as informações sobre o que qualquer agente 007 está fazendo atualmente, na lapela da jaqueta da qual há um grão de alta tecnologia. E, por exemplo, com o surgimento de perfumes comuns, devido às nanopartículas inteligentes, eles mesmos sinalizarão pontualmente a conformidade com um determinado cheiro e medicamentos - sobre o seu real efeito no corpo.
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Estudos de tecnologias promissoras para telecomunicações já abordaram, por exemplo, o uso de substâncias feromônicas, com as quais representantes da flora e fauna há muito tempo aprendem a trocar informações. Como ficaria em algumas comunicações móveis 8G, capturando de maneira ainda mais sensível todas as nuances dos dados pessoais da base de clientes? - Bem, por exemplo, assim: o centro de monitoramento do serviço de satisfação do cliente notou uma mudança acentuada no cheiro que emana de um assinante localizado em um determinado ponto, e a inteligência artificial incorporada, que considera isso um susto, chamou serviços de emergência naquele momento. Quem sabe, serão criadas ao longo do tempo nanoestruturas na forma de nanopós imitando feromônios?
Um estudo do Universo Digital publicado há alguns anos pela EMC disse que o tamanho do universo digital dobra a cada 2 anos. E se, de acordo com as previsões, a IoT são bilhões de objetos e dispositivos cotidianos que têm identificadores exclusivos e podem registrar, coletar e receber dados automaticamente, a IoNT já é pelo menos trilhões de nanodispositivos.
Espera-se que mudanças na estrutura da demanda e aplicações inovadoras criem um aumento sério da demanda no novo mercado nos próximos anos. Isso é especialmente esperado, onde será possível criar oportunidades de negócios interessantes neste mercado. O mercado de IoNT deve crescer para US $ 10 bilhões até 2020, com uma taxa de crescimento anual agregada estimada (CAGR) de 22,81%. Segundo especialistas, o desenvolvimento do mercado da Internet das Coisas deve-se a três fatores principais: a continuação da conectividade de rede onipresente, incentivos governamentais e as vantagens conhecidas dos dispositivos conectados. Não obstante, garantir a confidencialidade e a segurança, bem como o tamanho necessário dos investimentos em nanotecnologia, devem ser as restrições mais poderosas para o desenvolvimento do mercado global de IoNT. No entanto, apesar dessas limitações, já existe uma demanda crescente de vários setores verticais no interesse de expandir oportunidades para o mercado global.
Um dos maiores players do mercado de IoNT é agora Intel Corporation, Cisco Systems Inc., Qualcomm Incorporated, Juniper Networks e IBM Corporation nos EUA, Schneider Electric na França, SAP SE e Siemens AG na Alemanha e outros.
IoNT anterior
Como você pode imaginar, a Internet nunca teve um passado no sentido moderno do passado. Como se costuma dizer, não havia Internet, não havia novidade - não havia problema. No entanto, voltemos a isso mais tarde, mas, por enquanto, vamos lidar com os desafios atuais da humanidade progressista.
IoNT real
No mínimo, uma pessoa moderna entende por que a IoNT pode ser usada e quais benefícios ela pode trazer. Mas enquanto tudo está em sua infância, desenvolvendo um conceito e escolhendo tecnologias. Felizmente, algumas empresas avançadas têm futurologistas e outros sonhadores em marketing. No entanto, os especialistas estão mais interessados em como tudo isso será organizado e como funcionará. E embora a humanidade não tenha inventado mais nada, provavelmente deve haver tudo "como adultos", isto é, os componentes usuais executados pelo "nano": câmeras, telefones, sensores escalares, processadores, cartões de memória, fontes de alimentação, antenas e transceptores. Hoje, muitos desenvolvedores estão trabalhando duro nesse nano-mosaico para que ele funcione à imagem e semelhança do macrocosmo, e só então ele mudará de alguma forma com o tempo. Tudo depende do desenvolvimento de novas tecnologias e de sua penetração em nossas vidas, bem como do interesse dos usuários finais nelas. Dependendo do número de itens e de seu tipo, várias tecnologias podem ser usadas para coletar, processar e trocar informações na estrutura de transferência contínua de dados entre dispositivos.
Os nanoobjetos devem interagir em qualquer lugar, a qualquer momento, e eles próprios podem ser heterogêneos, trabalhando com a IoT e a IoNT. Como na história da Internet das coisas, todos os elementos da IoNT na cadeia de valor devem passar por, talvez, mudanças revolucionárias e otimização de sua funcionalidade. Dadas as dificuldades concomitantes, os fatores que estimulam o mercado da Internet das Coisas convergem frequentemente para o apoio do governo, mas o próximo aumento na conectividade também é útil para os líderes do mercado e do setor.
O desenvolvimento da nanotecnologia anda de mãos dadas com o advento de novos desenvolvimentos na Internet e nas redes de sensores. Nos últimos anos, surgiu a direção das nanocomunicações, cujo objetivo é criar novos paradigmas para a interação dos nanodispositivos, a fim de melhorar suas capacidades e métodos de aplicação. No entanto, os nanodispositivos podem se comunicar não apenas no modo ad hoc. A incorporação de nanossensores em vários objetos e dispositivos ao redor dos usuários pode adicionar uma nova dimensão ao conceito de IoT, adicionando IoNT. Tais sensores nanométricos em miniatura podem fornecer dados refinados de objetos ou áreas de difícil acesso. Por exemplo, os nanossensores corporais podem coletar e transmitir sinais eletrocardiográficos e outros sinais vitais. Os microssensores instalados no ambiente podem coletar informações sobre patógenos e alérgenos presentes em um local físico específico. Se você combinar essas duas fontes de dados com base no IoNT, poderá obter um diagnóstico preciso e monitorar a condição do paciente.
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No entanto, em face da nanotecnologia, a comunidade de engenharia recebeu um novo conjunto de ferramentas para desenvolver componentes em nanoescala com funcionalidade sem precedentes. Bem, a integração de vários nanocomponentes em um único organismo com a ajuda de nanossistemas contribuirá para o desenvolvimento de mais e mais nanomáquinas, que criarão muitas aplicações nos campos biomédico, ambiental, industrial e militar. No entanto, hoje ainda não está completamente claro, não apenas como as nanomáquinas se comunicarão entre si, mas também como elas trocarão informações com “coisas” maiores. Em resposta a esse desafio nos últimos anos, surgiu uma nova direção no campo da nanotecnologia - nanofios ou comunicações entre nanodispositivos: nanocircuitos, nanorrobôs, nanodrons, nanomáquinas etc. O tamanho dos nanorrobôs, a propósito, é de 0,1 a 10 micra.
Na verdade, muitos dispositivos estão se tornando cada vez mais diminutos e logo os objetos físicos conectados à Internet não serão fáceis de notar a olho nu; computadores do tamanho de um grão de sal incluirão bateria solar, bateria de filme fino, memória de acesso aleatório, sensor de pressão, dispositivo de rádio sem fio e antena; camcorders do tamanho de grãos já estão operando com a mais alta resolução; sensores do tamanho de um grão de poeira (0,05x0,005 mm) podem medir temperatura e pressão, reconhecer movimentos e transmitir os dados recebidos.
Em geral, um dia, com o advento de verdadeiros sucessos da IoNT, a vida se tornará melhor, a vida será mais divertida.
Como fazer isso?
Deve-se notar que a pesquisa nessa direção é tão importante que chegou a entrar na lista de trabalhos prioritários da famosa agência americana de projetos de pesquisa avançada em defesa DARPA. Bem, você pode implementar todos os itens acima de maneiras diferentes.
A interconexão entre nano-redes e a Internet requer o surgimento de novas soluções tecnológicas para a criação de interfaces entre nano e macro-redes, o desenvolvimento de novos métodos de comunicação, métodos para processar e armazenar uma enorme quantidade de dados circulando em nano-redes e novos modelos de serviço de dados a partir de nano-fontes de informação. O processo de transmissão de informações em nanoescala pode ser baseado em vários princípios físicos: molecular, isto é, ocorrendo em um ambiente biológico, fóton, acústico e, é claro, eletromagnético. O último inclui vários tipos de comunicação: femtocell, ZigBee, sinais de banda ultra larga, Li-Fi, etc. A comunicação em si pode ser realizada entre dispositivos localizados no mesmo chip e entre esses cristais, além de atingir o nível micro.
Aqui, por exemplo, luzes piscantes, que geralmente nos incomodam, acabam sendo benéficas. A Comunicação de luz visível (VLC) ou Li-Fi, como também é chamada, usa pulsos de luz para transmitir informações sem fio. Com base nos LEDs de Li-Fi, alcançou taxas de transferência de dados surpreendentemente altas no laboratório e já pode competir com o Wi-Fi convencional. A propósito, em 2005, usando métodos de engenharia genética, foram criados neurônios que respondiam à luz de uma determinada cor, a tecnologia correspondente era chamada optogenética. Raios de luz de várias cores permitem ativar e desativar neurônios específicos para, por exemplo, tratar dores crônicas ou acalmar o paciente. Um fator importante nessa terapia de luz é o tempo, porque o mesmo sinal enviado alguns milissegundos mais cedo ou mais tarde pode ter o significado oposto para o cérebro do paciente.
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No entanto, para os sinalizadores, os princípios da comunicação eletromagnética são muito mais familiares e compreensíveis, com alcance mais baixo. Eles são definidos como a transmissão e recepção de radiação eletromagnética de vários componentes com base em novos nanomateriais. Uma das encarnações de nanocomunicações que estão sendo implementadas hoje é o paradigma do desenvolvimento de redes sem fio em um chip (rede sem fio no chip, WiNoC), inclusive para a transferência de dados entre nanocircuitos localizados em um substrato comum. Obviamente, isso ainda não é da Internet das Coisas, mas algo muito semelhante em tecnologia, que também tem sua própria história. Ao mesmo tempo, o trabalho em uma metodologia para projetar chips de vários núcleos levou à ideia de criar uma rede em chip (Network on Chip, NoC) e se tornou uma direção importante no desenvolvimento de sistemas em um chip (System on chip, SoC). E, recentemente, os olhos dos especialistas se voltaram para o WiNoC, aplicável à nanotecnologia e à criação do IoNT.
Em particular, o problema de garantir o contato elétrico de um dispositivo ou circuito nanoeletrônico e qualquer elemento macro sem perdas significativas na densidade de corrente atingível na nanoescala é atualmente relevante. Verificou-se que o método comumente usado de produção litográfica de blocos de contato é ineficaz para o processamento de sinais paralelos em larga escala, exigindo a combinação de muitos nanossistemas em um único chip. Esse problema é resolvido com a ajuda da comunicação sem fio, ao usar os efeitos do acoplamento capacitivo entre as almofadas de contato em miniatura ou do acoplamento indutivo entre indutores em espiral.
Uma das implementações mais comuns do WiNoC prevê a presença em um único chip das linhas de sinal com e sem fio e tradicionais. Nesse caso, todo o sistema do chip é convencionalmente dividido em sub-redes de grupos de núcleos, dentro dos quais a comunicação é realizada por linhas de arame.
Cada uma dessas sub-redes está equipada com uma estação base em miniatura (BS), que fornece a transmissão e o recebimento de pacotes de dados pelos canais de rádio de outras sub-redes. Todos os núcleos na sub-rede são conectados ao BS por meio de links com cabo. O pacote de dados é transmitido entre os núcleos de diferentes sub-redes, primeiro localmente para o BS correspondente, depois pelo ar para o BS do subgrupo em que o destinatário está localizado e, em seguida, na linha de conexão para o destino. A integração do BS na rede de rádio pode ser realizada de acordo com a topologia da estrela, loop, rede mesh, etc., ou seja, assim como geralmente é feito no nível macro. Em soluções mais complexas, seções da transmissão de sinal com fio podem estar completamente ausentes, embora a implementação híbrida descrita acima seja tecnologicamente mais simples.
Os recentes avanços na física molecular e, em particular, as novas propriedades de carbono aplicáveis aos interesses da eletrônica abriram as portas para uma nova geração de nanocomponentes eletrônicos como nanoacumuladores, nano-memória, circuitos lógicos em nanoescala e nano antenas. A propósito, a miniaturização da antena clássica (e não apenas a antena), de acordo com os requisitos para o tamanho das nanomáquinas, envolve o uso de radiofrequências muito altas que, ao que parece, poderiam comprometer a viabilidade de tais redes.
Atualmente, a pesquisa em nanotecnologias concentra-se no aumento da largura de banda de um canal de comunicação usando sinais de banda ultra larga que ocupam toda a faixa de frequência de terahertz (terahertz = 1012 Hz). Conexões entre nanomáquinas com velocidades de vários terabits por segundo são bem possíveis, mas apenas a distâncias muito inferiores a 1 metro. , . . . , , , , . , , .
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