Peter set up this photo of me for a German magazine story (which never ran).
We spent about two hours with me blowing various sizes and colors of glitter
until he got the photo just the way he wanted it. I had glitter in my
hair, clothes, you name it. The Hogan room was a mess. I left
silvery footprints for hours after the shoot. ...but it was fun.
The background is a projected image of a polysilicon Fresnel lens, representing
the future of Smart Dust optical communication: on-board laser diodes with
collimated, steered
output beams. The lens was designed by Li Yuan Lin when she was
working with me and Prof. Ming Wu at UCLA.
Le lenti fresnel sono usate nei pannelli solari.
Il microchip originale dello smart dust ,come viene spiegato bene in un articolo
con illustrazione, è formato da una lente (analoga a un pannello solare),un
software e una batteria
So di entrare in merito ad argomenti che non conosco e che non posso
approfondire ma il microchip inventato da Pister mi ricorda questo apparecchio
che viene usato nella comunicazione ottica e si serve di metalli semiconduttori
per produrre luce da elettricita', può diventare però una macchina
reversibile cioè trasformare luce in elettricita' che scorre fra i poli(fili
esterni) tanto che viene usato come sistema per l'inseguimento
solare (meccanismo presente anche nei pannelli).
P.S mi scuso già da subito con chi se ne intende......sto solo cercando
di capire ma bisognerebbe dedicarci tempo.
LED è l'acronimo
di Light Emitting Diode (diodo
ad emissione luminosa). Il primo LED è stato sviluppato nel 1962
da Nick
Holonyak Jr. (nato a Zeigler, Illinois, il 3 novembre 1928).
[1][2]
Il dispositivo sfrutta le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori
per produrre fotoni
a partire dalla ricombinazione di coppie elettrone-lacuna. Gli elettroni
e le lacune
vengono iniettati in una zona di ricombinazione attraverso due regioni del diodo
drogate con impurità di tipo diverso, e cioè di tipo n per gli
elettroni e p per le lacune. Il colore della radiazione emessa è
definito dalla distanza in energia tra i livelli energetici di elettroni e
lacune e corrisponde tipicamente al valore della banda
proibita del semiconduttore in questione.
Livelli energetici in un led
I LED sono uno speciale tipo di diodi a giunzione
p-n, formati da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato.
Quando sono sottoposti ad una tensione diretta per ridurre la barriera di
potenziale della giunzione, gli elettroni della banda di conduzione del
semiconduttore si ricombinano con le lacune della banda di valenza rilasciando
energia sufficiente da produrre fotoni.
A causa dello spessore ridotto del chip
un ragionevole numero di questi fotoni può abbandonarlo ed essere emesso come
luce. I LED sono formati da GaAs (arseniuro di gallio),
GaP (fosfuro di gallio), GaAsP (fosfuro arseniuro di gallio), SiC (carburo di silicio)
e GaInN (nitruro di gallio e indio).
L'esatta scelta dei semiconduttori determina la lunghezza d'onda dell'emissione
di picco dei fotoni, l'efficienza nella conversione elettro-ottica e quindi
l'intensità luminosa in uscita.
Anche se è cosa poco nota, i LED sono "macchine reversibili":
infatti, se la loro giunzione viene esposta direttamente ad una forte fonte
luminosa o ai raggi solari, ai terminali appare una tensione, dipendente
dall'intensità della radiazione e dal colore del led in esame (massima per il
blu). Questa caratteristica viene abitualmente sfruttata nella realizzazione di
sensori, per sistemi di puntamento (inseguitori
solari) di piccoli impianti fotovoltaici o a concentratore e per molti altri
scopi
La foto in alto è tratta da un documento che riporta il progetto
originale(allora lo
smart dust aveva ancora dimensioni superiori al millimetro) e indica
le sue applicazioni militari e commerciali,sembra che le più immediate
siano nel campo della comunicazione wireless, si propongono di trasmettere energia
di vario tipo in modo economico attraverso le microparticelle:
If you are interested in academic research in the TinyOS area, you should check
out the TinyOS web site and Crossbow
Technologies.
If you are interested in commercial applications of the technology, you should
check out Dust Networks,
the company that was created to commerciallize this technology.
The two figures above represent where we are and where we'd like to be.
On the left is where we hope to be in July of '01 - a cubic millimeter device
with a sensor, power supply, analog circuitry, bidirectional optical
communication, and a programmable microprocessor. Click on the figure to
get more detail.
On the right is where we are now (July '99) - a (currently) non-functional mote
with a volume of about 100 cubic millimeters. There are two silicon chips
sitting on a type-5 hearing aid battery. The right chip is a MEMS corner
cube optical transmitter array - it works. On the right is a CMOS ASIC
with an optical receiver, charge pump, and simple digital controller - it
doesn't work (we violated some of the design rules in the 0.25 micron process,
but the next one should work). Projects
Using commercial-off-the-shelf (COTS) components, we've built some really
wonderful little "macro
motes". Some the features:
temperature, humidity, barometric pressure, light intensity, tilt and
vibration, and magnetic field sensors all in a cubic inch package,
including the bi-directional radio, the microprocessor controller, and
the battery!
20 meter communication range
one week lifetime in continuous operation, 2 years with 1% duty
cycling
21 km laser communication (Coit Tower and Twin Peaks in San Francisco to
Cory Hall at UC Berkeley)
Using one of the micro-weather stations, we stripped off the radio and
wired in a laser pointer. This went to SF. In my office at
Cal we had a video camera hooked up to a frame grabber in my laptop.
The software looked for (and decoded) flashing lights in the image, and
gave us the weather information 21 km away.
Large angle MEMS beam-steering
The laser motes above need to be aimed. We've made a
sub-millimeter mirror coupled to two motors on the same silicon chip.
The motors can scan a reflected laser beam tens of degrees in either
direction.
Micro Air Vehicle endurance record
Sub-contractor Steve Morris of MLB Co has built an 8"
radio controlled plane which flys 60mph for 18 minutes and can carry
a color video camera with a live video feed.
Silicon maple seeds
Using a honeycombed layer of silicon only 0.1 mm thick we have made a
3x10 mm winglet. With a cubic millimeter of silicon attached,
these wings auto-rotate as they fall, just like a maple seed. The
next generation will have solar cells built right in. (ok this
generation had the solar cells too, but they didn't work!)
Applications
The science/engineering goal of the Smart Dust project is to demonstrate that a
complete sensor/communication system can be integrated into a cubic millimeter
package. This involves both evolutionary and revolutionary advances in
miniaturization, integration, and energy management. We aren't targeting
any particular sensor, in fact there is no direct funding for sensor research in
the project (but we've got quite a few to choose from based on a decade or two
of outstanding MEMS work at Berkeley and elsewhere).
We're funded by DARPA, so we will demonstrate Smart Dust with one or more
applications of military relevance. In addition, we're pursuing several
different applications with commercial importance, and we've got a long list of
applications to work on if we only had the time. Here's a sampling of some
possible applications, in no particular order:
Glue a dust mote on each of your fingernails. Accelerometers
will sense the orientation and motion of each of your fingertips, and
talk to the computer in your watch. QWERTY is the first step to
proving the concept, but you can imagine much more useful and creative
ways to interface to your computer if it knows where your fingers are:
sculpt 3D shapes in virtual clay, play the piano, gesture in sign
language and have to computer translate, ...
Combined with a MEMS augmented-reality heads-up display, your entire
computer I/O would be invisible to the people around you. Couple
that with wireless access and you need never be bored in a meeting
again! Surf the web while the boss rambles on and on.
Inventory Control
The carton talks to the box, the box talks to the palette, the palette
talks to the truck, and the truck talks to the warehouse, and the truck
and the warehouse talk to the internet. Know where your products
are and what shape they're in any time, anywhere. Sort of like
FedEx tracking on steroids for all products in your production stream
from raw materials to delivered goods.
Product quality monitoring
temperature, humidity monitoring of meat, produce, dairy products
Mom, don't buy those Frosted Sugar Bombs, they sat in 80% humidity
for two days, they won't be crunchy!
impact, vibration, temp monitoring of consumer electronics
failure analysis and diagnostic information, e.g. monitoring
vibration of bearings for frequency signatures indicating imminent
failure (back up that hard drive now!)
Smart office spaces
The Center for the Built
Environment has fabulous plans for the office of the future in which
environmental conditions are tailored to the desires of every
individual. Maybe soon we'll all be wearing temperature, humidity,
and environmental comfort sensors sewn into our clothes, continuously
talking to our workspaces which will deliver conditions tailored to our
needs. No more fighting with your office mates over the
thermostat.
Interfaces for the Disabled (courtesy of Bryndis Tobin)
Bryndis sent me email with the following idea: put motes "on a
quadriplegic's face, to monitor blinking & facial twitches - and
send them as commands to a wheelchair/computer/other device."
This could be generalized to a whole family of interfaces for the
disabled. Thanks Bryndis!
The dark side
Yes, personal privacy is getting harder and harder to come by.
Yes, you can hype Smart Dust as being great for big brother (thank you,
New Scientist). Yawn. Every technology has a dark side - deal with
it. [this was my original comment on "dark side" issues, but
it made a lot of people think that we weren't thinking about these
issues at all. Not true.]
As an engineer, or a scientist, or a hair stylist, everyone needs to
evaluate what they do in terms of its positive and negative effect.
If I thought that the negatives of working on this project were larger
than or even comparable to the positives, I wouldn't be working on it.
As it turns out, I think that the potential benefits of this technology
far far outweigh the risks to personal privacy.
Environmental Impact
A lot of people seem to be worried about environmental impact. Not to
worry! Even in my wildest imagination I don't think that we'll ever
produce enough Smart Dust to bother anyone. If Intel stopped producing
Pentia and produced only Smart Dust, and you spread them evenly around the
country, you'd get around one grain-of-sand sized mote per acre per year.
If by ill chance you did inhale one, it would be just like inhaling a gnat.
You'd cough it up post-haste. Unpleasant, but not very likely.
Consider the scale - if I make a million dust motes, they have a total volume of
one liter. Throwing a liter worth of batteries into the environment is
certainly not going to help it, but in the big picture it probably doesn't make
it very high on the list of bad things to do to the planet. Presentations/reports
R. Yeh, R. Conant, K. Pister, "Mechanical Digital-to-Analog
Converter", Transducers 99, (PDF)
M. Last, K. Pister, "2DOF Actuated Micromirror Designed for Large DC
Deflection", MOEMS 99, (PDF)
J. M. Kahn, R. H. Katz and K. S. J. Pister, "Mobile Networking for
Smart Dust", ACM/IEEE Intl. Conf. on Mobile Computing and Networking
(MobiCom 99), Seattle, WA, August 17-19, 1999. (Postscript/
PDF)
K. S. J. Pister, J. M. Kahn and B. E. Boser, "Smart Dust: Wireless
Networks of Millimeter-Scale Sensor Nodes", Highlight Article in 1999
Electronics Research Laboratory Research Summary. (postscript,
PDF)
V. Hsu, J. M. Kahn, and K. S. J. Pister, "Wireless Communications for
Smart Dust", Electronics Research Laboratory Technical Memorandum
Number M98/2, February, 1998. (postscript
/ PDF)
The early work on corner cubes at UCLA:
Chu, P.B., Lo, N.R., Berg, E., Pister, K.S.J, "Optical Communication
Link Using Micromachined Corner Cuber Reflectors", Proc. SPIE
vol.3008-20. (postscript)
Chu, P.B., Lo, N.R., Berg, E., Pister, K.S.J, "Optical Communication
Using Micro Corner Cuber Reflectors", MEMS 97, Nagoya, Japan, 26-30 Jan
1997, pp. 350-5. (postscript)
Polvere di sabbia digitale
e il computer si fa invisibile
di RICCARDO STAGLIANO'
ROMA
- Quello di ritornare sabbia era un destino scritto nel suo Dna:
che cos'altro è, d'altronde, il silicio, l'elemento di base con
cui si producono i microchip? Che in poco più di 50 anni si
passasse però da computer pesanti una trentina di tonnellate ad
altri grandi come un granello di rena era un'evoluzione
difficile da prevedere. Eppure, come ci ricorda l'ultimo nato di
casa Apple, il Power Mac G4 Cube, che ha stupito per la sua
raffinatezza estetica e per il fatto di racchiudere la stessa o
una maggiore potenza dei predecessori in un quarto delle loro
dimensioni (un cubo da trenta centimetri di lato), i calcolatori
sembrano seguire una dieta ferrea che non hanno intenzione di
interrompere e che porterà a forme invisibili o quasi.
Torniamo alla "smart dust": una "polvere
intelligente", che galleggiando nell'atmosfera sarà in
grado di raccogliere dati, registrarli e analizzarli, alla cui
realizzazione lavorano gli scienziati dell' università della
California a Berkeley e per la quale sono già stati ipotizzati
molti usi. Il pulviscolo digitale potrà servire per monitorare
le condizioni ambientali, per controllare i neonati nelle altre
stanze e per una serie di applicazioni militari, come spiare -
invisibili - il campo nemico. "Si può immaginare che un
aereo in volo rilasci questa polvere e che poi un altro velivolo
dotato di un computer possa interrogarla per trarne le
informazioni raccolte nell'aria", ha spiegato Kris Pister,
professore di ingegneria elettrica e principale ricercatore del
progetto. Oltre alla luminosità, al calore e al suono, la
polvere intelligente saprà rilevare la presenza di elementi
radioattivi. Secondo gli studiosi, nel 2001 queste particelle
potrebbero raggiungere le dimensioni di un millimetro.
Idea analoga dietro al "progetto Ossigeno", che ha
ricevuto un'investitura ufficiale - e 50 milioni di dollari di
finanziamento - alla fine di giugno. Sotto la guida di Michael
Dertouzos, preside della facoltà di Computer science del
Massachusetts Institute of Technology, sei compagnie (tra cui
Hewlett-Packard, Nokia e Philips) e una squadra di ricercatori
del Mit lavoreranno nei prossimi cinque anni per costruire
sofisticate reti senza fili, che comunicheranno con palmari in
grado di riconoscere le nostre fattezze o la nostra voce e con
altri agenti intelligenti che, comandati per via vocale, ci
aiuteranno nei compiti quotidiani. L'idea è quella di creare un
ambiente informatico umanocentrico con pc che avranno la taglia
di un'agendina elettronica. Per non citare gli innumerevoli
esperimenti di "wearable computing", congegni
informatici da indossare con microscopiche unità di calcolo
legate alla cintura e schermi miniaturizzati incastonati negli
occhiali.
Altri tempi da quel 1946 in cui venne alla luce l'Eniac, il
primo computer digitale elettronico che lavorava sì mille volte
più velocemente dei suoi predecessori elettromeccanici ma che,
con le sue telescriventi, drive per nastri, 20 mila interruttori
e fitti pannelli di circuiti elettronici, occupava uno stanzone.
Il dimagrimento è stato radicale, tanto da suggerire che alla
legge di Moore (quel Gordon tra i fondatori dell'Intel), per cui
la potenza di calcolo dei pc raddoppia ogni 18 mesi, farebbe
buona compagnia un nuovo corollario: le dimensioni dei pc
seguono una sorte inversa.
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ROMA
- Quello di ritornare sabbia era un destino scritto nel suo Dna:
che cos'altro è, d'altronde, il silicio, l'elemento di base con
cui si producono i microchip? Che in poco più di 50 anni si
passasse però da computer pesanti una trentina di tonnellate ad
altri grandi come un granello di rena era un'evoluzione
difficile da prevedere. Eppure, come ci ricorda l'ultimo nato di
casa Apple, il Power Mac G4 Cube, che ha stupito per la sua
raffinatezza estetica e per il fatto di racchiudere la stessa o
una maggiore potenza dei predecessori in un quarto delle loro
dimensioni (un cubo da trenta centimetri di lato), i calcolatori
sembrano seguire una dieta ferrea che non hanno intenzione di
interrompere e che porterà a forme invisibili o quasi.