基本介紹
原理,套用,相關問題,
原理
智慧型微塵是一個具有電腦功能的超微型感測器，它由微處理器、雙向無線電接收裝置和使它們能夠組成一個無線網路的軟體共同組成。將一些微塵散放在一個場地中，它們就能夠相互定位，收集數據並向基站傳遞信息。如果一個微塵功能失常，其他微塵會對其進行修復。
微型感測器
微塵都是由感測器、微處理器、通信系統和電源四大部分組成：主被動傳輸裝置及探測接收裝置共同構成通信系統；模擬I/O、DSP、控制模組構成微處理器；電源電容、太陽能電池、薄膜電池都屬於電源部分；感測器是相對獨立的模組。智慧型微塵主要基於微機電系統（MEMS）技術和積體電路技術，具有體積微小、功耗極低等特點。一個4.8mm2智慧型微塵，其MEMS模組實際大小只有2.8mm×2.1mm，而利用0.25μm CMOS工藝製成的積體電路模組實際大小只有1mm×330μm，執行一條指令平均只需12pJ能耗。正是因為智慧型微塵體積微小功耗極低，使其在組成監測網路時具有獨特的優勢，如多角度多方位信息融合、低成本高冗餘度、近距離接觸等。
套用產品
套用產品無線網路
智慧型微塵以自組織方式構成的無線網路，是一種不需要基礎設施的自創造、自組織和自管理的網路。它們能夠相互定位、收集數據並向觀察者傳遞信息，如果一個微塵功能失常，其他微塵會對其進行修復，並不會影響觀察數據的獲取。智慧型微塵的出現和智慧型微塵網路的發展套用帶來了一種新的信息獲取和處理模式。雖然智慧型微塵套用前景十分美好，但仍存在著若干技術難題，還不能走向廣泛套用。研究者們在將MEMS與其他電子器件集成到單一晶片的過程中遇到嚴峻的挑戰，當前的目標是如何將5mm級的微塵縮小到1mm。
由於矽片技術和生產工藝的突飛猛進，集成有感測器、計算電路、雙向無線通信技術和供電模組的微塵器件的體積已經縮小到了沙粒般大小，但它卻包含了從信息收集、信息處理到信息傳送所必需的全部部件，未來的智慧型微塵甚至可以懸浮在空中幾個小時，蒐集、處理、發射信息。它能夠僅依靠微型電池就能工作多年。
套用
軍事套用
智慧型微塵系統也可以部署在戰場上，遠程感測器晶片能夠跟蹤敵人的軍事行動，智慧型微塵可以被大量 地裝在宣傳品，子彈或炮彈殼中，在目標地點撒落下去，形成嚴密的監視網路，敵國的軍事力量和人員、物資的運動自然一清二楚。
美國五角大樓希望在戰場上放置這種微小的無線感測器，以秘密監視敵軍的行蹤。美國國防部在四年以前就已經把它列為一個重點研發項目。如果像美國預想的那樣，智慧型微塵用在戰場上，美國的軍事實力又將與其他國家再度拉開距離。智慧型微塵還可以用於防止生化攻擊——智慧型微塵可以通過分析空氣中的化學成分來預告生化攻擊。此外，智慧型微塵還有許多具體的軍事套用。
遠程健康監控
通過這種無線裝置，可以定期檢測人體內的葡萄糖水平、脈搏或含氧飽和度，將信息反饋給本人或你的醫生，用它來監控病人或老年人的生活。將來老年人或病人生活的屋裡將會布滿各種智慧型微塵監控器，如嵌在手鐲內的感測器會實時傳送老人或病人的血壓情況，地毯下的壓力感測器將顯示老人的行動及體重變化，門框上的感測器了解老人在各房間之間走動的情況，衣服里的感測器送出體溫的變化，甚至於抽水馬桶里的感測器可以及時分析排泄物並顯示出問題……這樣，老人或病人即使單獨一個人在家也是安全的。
醫療套用
英特爾正在研究通過檢測壓力來預測初期潰瘍的“Smart Socks”，以及通過檢測傷口化膿情況來確定有效抗生物質的“智慧型繃帶”。如果一個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展的狀況，對任何一個胃不好的人來說無疑都是一個福音。智慧型微塵將來可以植入人體內，為糖尿病患者監控血糖含量的變化。糖尿病人可能需要看著電腦螢幕上顯示的血糖指數才能決定合適自己的食物。
防災領域的套用
智慧型微塵可能會用於發生森林火災時通過從直升機飛播溫度感測器來了解火災情況。作為進一步的套用，將用於通過感測器網路調查北太平洋海洋板塊的美國華盛頓大學“海洋項目”及美國正在推進的行星網路項目中。
大面積，長距離無人監控
以我國西氣東輸及輸油管道的建設為例，由於這些管道在很多地方都要穿越大片荒無人煙的無人區。這些地方的管道監控一直都是道難題，傳統的人力巡查幾乎是不可能的事，而現有的監控產品，往往複雜且昂貴。智慧型微塵的成熟產品布置在管道上將可以實時地監控管道的情況，一旦有破損或惡意破壞都能在控制中心實時了解到。如果智慧型微塵的技術成熟了，僅西氣東輸這樣的一個工程就可能帶來上億元的資金節省。
電力監控方面同樣如此，據了解，由於電能一旦送出就無法保存，因此，電力管理部門一般都會層層要求下級部門每月上報地區用電要求，但地區用電量的隨時波動使這一數據根本無法準確，國內有些地方供電局就常常因數據誤差太大而遭上級部門的罰款。但一旦用智慧型微塵來監控每個用電點的用電情況，這種問題就將迎刃而解。
總之，從在擁擠的鬧市區可用作交通流量監測器，在家庭則可監測各種家電的用電情況以避開高峰期到感應工業設備的非正常振動來確定製造工藝缺陷，智慧型微塵技術潛在的套用價值非常之大。而且，微塵器件的價格將大幅下降，今天已在50到100美元之間，預計5年之內將降到1美元左右，這預示著智慧型微塵具有廣闊的市場前景。
相關問題
瓶頸及其突破
雖然智慧型微塵套用前景十分美好，但當前仍存在著若干技術難題，還不能走向廣泛套用。研究者們在 將MEMS與其他電子器件集成到單一晶片的過程中遇到了嚴峻的挑戰。當前研究者們的目標是如何將5mm級的微塵晶片縮小到1mm。
示意圖
示意圖卡內基梅隆大學MEMS實驗室的聯合創始人之一Fedder試圖利用最新的製造工藝與最先進的設計技術解決這些難題，但要取得突破還有大量的工作要做。而且這需要傑出的、具有超凡的攻關能力的設計工程師來把所有功能集成到單一晶片內。目前，研究者們一直在努力開發先進的設計工具以幫助工程師們最終完成這項艱巨的研究任務。
由於研究者們認識到智慧型微塵技術必將獲得廣泛套用，並對人類社會產生重大影響，辛勤工作的價值即在於此。這也是美國國防高級研究計畫局於1998年便對加州大學伯克利分校該項技術的研究進行資助的原因。
如何對這些極小的微型機械進行供電是當前設計者們所面臨的另一個棘手難題。當前這些系統的測試或套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。
目前，部分研究者們致力於開發所謂的低功耗專用布線協定，以便能用最少的能量實現微塵之間的信息傳輸。過去兩年里，加州大學伯克利分校、麻省理工學院和加州大學已經開始對這樣的能源供給問題展開了研究。現在還沒有找到一個一攬子解決方案，但近期內無線智慧型微塵的供電和尺寸兩個問題都可望有所突破。在尺寸方面，兩年內有可能把幾個功能半導體集成到一個半導體上。
至於供電問題，加州大學伯克利分校Shad Roundy研究的燃料電池可延長智慧型微塵器件的工作時間。該燃料電池可以吸收周圍工業機械設備振動時所產生的能量，或者從低度光源收集能量，這種技術有望在5年內有所突破。
雖然智慧型微塵具有極廣泛的套用前景,而且研究人員和商業開發者們都渴望智慧型微塵技術能積極推廣套用，但也謹慎地指出，尺寸問題和供電問題需要儘快解決。技術還沒有成熟，廣泛套用估計還需要幾年時間。
從“智慧型微塵”到“智慧地球”
物聯網的另一項關鍵技術是感測技術。早在10多年前，美國國防部DARPA就贊助了一系列感測技術研究項目，美國的一些高校和研究機構均獲得了其資助。加州大學伯克利分校2001年完成研究後，首次提出了智慧型微塵的概念。
正如智慧型微塵的名稱所示，智慧型微塵體積很小，約相當於一粒沙子或一個塵埃的一小塊。但麻雀雖小，五臟俱全，智慧型微塵上裝載了感測器、微機電處理系統及通信系統、電源等。數量眾多的微塵部署到現場環境中後，形成一張無線感測網。舉凡人體生命體徵、能源用量、土壤溫度、交通地圖、生產效率等，都可以遠程跟蹤，實時處理並放入智慧型網路。
近一年多以來，由於一家科技巨頭的發力，物聯網突然變得炙手可熱起來。2008年11月，IBM公司開始推廣“智慧地球”，這背後就是物聯網技術。智慧地球是一個行銷概念，而實質則是感測器加實時網路所塑造的物聯網。
智慧地球的構想與信息高速公路的思路一脈相承。以物聯網在電力系統的套用即智慧型電網為例，今天的“電力高速公路”堪比1996年的美國電信法案(the Telecom Act)所起到的作用。智慧型電網意味著電網更高效更平衡，峰值時刻的用電來源將包括從太陽能、風能等不連續的來源及非峰值時的傳統電廠。電仍將由公用事業公司銷售給消費者，但屋頂太陽能面板等小規模電廠可以把剩餘電量賣給電廠。可重複使用的燃料電池等小規模電力儲備系統將打破峰值電價和非峰值電價的分界。再加之其他對電力產能的投資，物聯網在電力系統的套用將極大降低美國對進口石油的依賴。
