Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2014
David Grice, ZMDI
Почти за 50 лет до проведения Эйнштейном своих знаменитых мысленных экспериментов шотландский физик Джеймс Максвелл опубликовал собственный интригующий мысленный эксперимент для того, чтобы поставить под сомнение нерушимость второго закона термодинамики. Он представил микроскопическое разумное существо, которое могло бы открывать и закрывать небольшую перегородку, разделяющую две камеры наполненного газом контейнера. Если бы это крошечное существо, получившее имя Демон Максвелла, могло манипулировать перегородкой так, чтобы большее количество молекул газа с более высокой скоростью было бы поймано в одной из камер, то температура этой камеры увеличилась бы спонтанно, тем самым, нарушив второй закон. Эта удивительно простая головоломка озадачила ученых на следующие сто лет, в течение которых они пытались доказать, почему такое существо или его механический аналог никогда бы не добились успеха.
Несмотря на то, что достижение идеала невозможно, инженеры упорно работают над созданием того, что может стать максимально похожим на мифическое существо Максвелла. Имеющая менее зловещее название технология сбора окружающей энергии (energy harvesting) использует интеллектуальные и эффективные средства, чтобы извлечь максимально возможное количество энергии из различных микромощных источников, в том числе, из термальных, акустических, световых, радиочастотных, и даже из растений. Сочетание инновационных устройств сбора и преобразования энергии, схем обработки сигналов и вычислительных средств, а также постоянно растущая потребность в системах дистанционного измерения и управления, приводят к взрывному росту количества новых приложений и электронных устройств, использующих преимущества сбора энергии. Еще одним важным фактором, способствующим столь быстрому развитию, является появление таких стандартов беспроводной связи, как, например, EnOcean. Эти стандарты обеспечивают функциональную совместимость устройств, ускоряя, тем самым, распространение технологии сбора энергии.
Системы, использующие удаленные датчики с питанием от энергии альтернативных источников, предоставляют разработчикам множество новаторских способов улучшения характеристик при одновременном снижении затрат и энергопотребления. Например, «умное» здание, оснащенное такими датчиками для контроля температуры, влажности, присутствия людей в помещении, уровня освещенности и прочих параметров, может оптимизировать характеристики оборудования для вентиляции, кондиционирования, освещения и обеспечения безопасности при значительной экономии средств, поскольку энергия тратится только тогда, когда это необходимо. Установка системы автоматизации зданий с подобными функциями может сократить потребление энергии в среднем на 40%, но при реализации сенсорных узлов традиционными проводными методами препятствием к этому становятся большие инвестиции и сложная инфраструктура. Существенно снизить барьеры, стоящие на пути внедрения этих технологий, могут автономные беспроводные датчики, подключаемые по принципу «plug and play».
Альтернативная энергия используется с давних времен, свидетельством чего являются древние ветряные мельницы и водяные колеса. Тем не менее, новые технологии, такие как МЭМС и электронные схемы со сверхнизким энергопотреблением, привели к созданию целого класса новых микромощных средств сбора. Эти нововведения, в сочетании с ростом потребности в энергии, создают питательную среду для возрождения технологии извлечения энергии окружающей среды. Каким будет ее влияние на постройки, автомобили, супермаркеты, одежду и даже наши тела в будущем? Если Демон Максвелла представляет собой идеал преобразователя энергии, то насколько мы сможем к нему приблизиться? Какую роль искусственный интеллект, если таковой имеется, играет в реализации такого существа или машины?
