حسگرهای هوشمند؛ گامی نو در بهینه‌سازی مصرف انرژی

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو ، ترموستات خانه شما برای تعیین زمان روشن یا خاموش کردن سیستم گرمایش یا تهویه مطبوع به یک حسگر متکی است. این حسگرهای بی‌سیم در هسته‌ی به اصطلاح «اینترنت اشیا» قرار دارند و دستگاه‌های هوشمند را قادر می‌سازند تا داده‌ها را جمع‌آوری و به اشتراک بگذارند.

اما اکثر حسگرها هنوز برای تأمین انرژی به باتری‌های لیتیومی سمی وابسته هستند. تاکنون، آنها نتوانسته‌اند به تنهایی تصمیمات دقیقی بگیرند، به خصوص هنگام پردازش اطلاعات پیچیده مانند شناسایی چندین تهدید قبل از فعال کردن زنگ خطر.

محققان دانشگاه نورث ایسترن با الهام از فیزیک ماده چگال، قابلیت‌های هوشمندی را در یک برچسب حسگر بی‌سیم تعبیه کرده‌اند، پیشرفتی که پتانسیل ایجاد انقلابی در اینترنت اشیا و هوش مصنوعی را دارد.

کریستین کاسلا، دانشیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه نورث ایسترن و یکی از نویسندگان این تحقیق که در مجله Nature Electronics منتشر شده است، می‌گوید: «این فناوری بسیار امیدوارکننده است زیرا حسگرها را می‌توان به راحتی تولید کرد، باری بر دوش محیط زیست نیستند و به هیچ گونه نگهداری دوره‌ای نیاز ندارند . »

کاسلا می‌گوید اکثر حسگرهای بی‌سیم به انرژی امواج رادیویی یا نوری نزدیک متکی هستند که می‌تواند ناپایدار باشد. آن‌ها همچنین توانایی پردازش سیگنال‌هایی که شناسایی می‌کنند یا انجام محاسبات قبل از ارسال داده‌ها به دستگاه خواننده را ندارند.

برچسب حسگر بی‌سیم غیرفعال که کاسلا در توسعه آن نقش داشته است، می‌تواند محاسبات را به صورت بلادرنگ بر روی پارامترهای متعدد بر اساس محیط اطراف خود انجام دهد. کاسلا می‌گوید این نوآوری امکان تصمیم‌گیری هوشمندانه‌تر و کارآمدتر را در شبکه‌های حسگر بی‌سیم فراهم می‌کند و نیاز به تکیه بر منابع ابری محدود را کاهش می‌دهد.

محققان با استفاده از مدل آیزینگ - مفهومی که در فیزیک توسعه یافته و اخیراً در محاسبات کوانتومی مورد استفاده قرار گرفته است - یک حسگر بی‌سیم غیرفعال توسعه داده‌اند که می‌تواند مانند مغز انسان تصمیم‌گیری کند. این حسگر که SPIN (گره آیزینگ پارامتری حسگر) نام دارد، به دلیل قابلیت پاسخگویی همزمان به چندین منبع داده، تصمیمات دقیق‌تری می‌گیرد.

کاسلا می‌گوید: «نوآوری در این واقعیت است که SPIN می‌تواند با اطمینان بیشتری حس کند و تصمیمات بهتری بگیرد. این حسگر می‌تواند کارهایی را انجام دهد که هیچ حسگر بی‌سیم غیرفعال دیگری قبلاً نمی‌توانست انجام دهد، که می‌تواند منجر به کاهش انتشار گاز و مصرف انرژی در ساختمان‌ها و نیروگاه‌ها و کاهش ضایعات در طول زنجیره‌های سرما شود.»

کاسلا می‌گوید تا پایان سال ۲۰۲۵، حدود ۹۶ میلیارد حسگر برای راه‌اندازی دستگاه‌های متصل به اینترنت مورد نیاز خواهد بود. او می‌گوید تعبیه هوش در حسگرهای غیرفعال بی‌سیم به الگوریتم‌های هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی اجازه می‌دهد تا حجم بی‌سابقه‌ای از داده‌های حسگر بی‌سیم را پردازش کنند.

محققان نمونه اولیه‌ای ساخته‌اند که تغییرات دما را به طور دقیق تشخیص می‌دهد، اما آنها نمونه‌های اولیه آینده را برای تشخیص رطوبت، نور و یکپارچگی سازه ساختمان‌ها و پل‌ها پیش‌بینی می‌کنند. در آینده، برچسب‌های حسگر ممکن است بتوانند حضور انسان‌ها یا الگوهای پیچیده‌تری را در محیط مانند مواد شیمیایی مضر شناسایی کنند.

کاسلا می‌گوید: هر حسگر بی‌سیم غیرفعال، بر اساس پارامترهای محلیِ حس‌شده، محاسبه و تصمیم‌گیری می‌کند. گره مرکزی نیازی به استفاده عمیق از منابع ابری نخواهد داشت و دید بسیار واضح‌تر و دقیق‌تری از آنچه در حال رخ دادن است، خواهد داشت.