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VORAUSSETZUNGEN ZUM ERSTELLEN VON GERÄTEN DES TYPS „SMART DUST“

Dieser Artikel bietet einen kurzen Überblick über die Fertigungstechnologien von Messumformern im Smart-Dust-Konzept.

Einführung. Fortschritte in der Nanotechnologie haben zu einer erheblichen Reduzierung der Größe, des Stromverbrauchs und der Kosten von digitalen Schaltungen, drahtlosen Geräten und mikromechanischen Systemen geführt, was wiederum zur Entwicklung von ultrakleinen autonomen mobilen Sensornetzwerkknoten geführt hat. Ein solcher Knoten besteht aus einer Sensor- und Recheneinheit, einem drahtlosen Transceiver und einer Stromversorgung. Die fehlenden Glieder zur Entstehung von hypothetischem Smart Dust bleiben die Anwendungs- und Netzwerkschichten.

<! – TBegin -> Unter
diesem Begriff wird eine Menge von „Staubpartikeln“ verstanden, deren Grundstruktur oben angegeben ist, die in einem bestimmten Volumen verteilt und über einen drahtlosen Kommunikationskanal miteinander verbunden sind. Darüber hinaus sind sie aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts so ausgelegt, dass sie von natürlichen Luftströmungen im Flug gehalten werden können und die verwendeten Stromquellen ermöglichen eine lange Lebensdauer.

Es ist ratsam, einen Hochfrequenz- oder optischen Kommunikationskanal zu verwenden, da nur sie die folgenden Bedingungen erfüllen: Arbeit mit extrem geringem Stromverbrauch, Inkonsistenz in der Umgebung, ständige Bewegung von Netzwerkknoten.

Optischer Kommunikationskanal. Solche Geräte zeichnen sich durch einen geringeren Stromverbrauch, eine hohe Richtwirkung und eine einfache Multiplexierung von Signalen von verschiedenen Knoten aus. Der Nachteil ist die Notwendigkeit einer Sichtlinie zwischen den Knoten sowie die hohen Kosten für optische Elemente. In Abb. 1 zeigt ein Diagramm mit einem optischen Kommunikationskanal.

Radiofrequenz-Kommunikationskanal. Zu den unbestrittenen Vorteilen gehört die Möglichkeit, das Lesegerät mit Funkwellen zu versorgen, wodurch Sie die Batterie im Gerätegehäuse loswerden können. Die Technologie zur Herstellung von Ultra-High-Frequency Identification Radio Tags (UHF-RFID) ist bereits etabliert. <! – TBegin -> <! – TEnd -> Für die vorliegende Aufgabe müssen Sie diese Tags nur mit Wireless Sensor Networks (WSN) kombinieren und RFID Sensor Networks (RSNs) erstellen.

Von den Mängeln ist die Notwendigkeit zu erwähnen, eine Mikrostreifenantenne zu platzieren, zu deren Reduzierung Sie eine höhere Frequenz verwenden müssen (ca. 900 MHz oder mehr), was in diesem Stadium der Technologieentwicklung mit hohen Energiekosten verbunden ist . Außerdem erfordert die Nutzung des Funkkanals (De)Modulatoren, Bandpassfilter und (De)Multiplexer, die zum Stromverbrauch und zum belegten Platz beitragen.

Anwendungen. Je nach eingesetzter Technologie kann „Smart Dust“ bereits heute bei vielen Anwendungsproblemen eingesetzt werden: in der Medizin (Bewegung von „Staubpartikeln“ durch Blutgefäße im Blutkreislauf), Überwachung des Kommunikationszustands (Bewegung im Flüssigkeitsstrom) und Gas in Rohren), Ökologie (komplexe Erfassung von Umweltdaten), Militärindustrie (Zielerkennung) und viele andere.


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