Пыльная разработка

АрхивЧеловек и Общество

Специалисты Калифорнийского университета г. Сан-Диего продемонстрировали в действии самоорганизующиеся сенсоры, способные сигнализировать о химическом составе окружающей среды на расстоянии

Постоянные читатели Компьютерры, вероятно, уже знакомы с выражением Smart Dust, дословно переводимым как "умная пыль". В своё время КТ Онлайн уже публиковала материал о проекте с таким названием, разрабатываемым учёными Калифорнийского университета в Беркли (в частности, Крисом Пистером (Kris Pister) и Рэнди Катцом (Randy H. Katz)) совместно с исследователями компании Intel. Напомню вкратце, что проект Smart Dust Пистера и Катца стартовал ещё в 1999 году и заключается в разработке миниатюрных (объёмом около 1 кубического мм) автономных сенсоров-радиопередатчиков, предназначенных для реализации ряда задач военного (исходно), а также гражданского предназначения. Согласно целям проекта готовые "пылинки" будут способны регистрировать изменения окружающей среды самого различного характера (химические, физические, биологические), объединяться в "интеллектуальные" сети для обработки полученной информации и передавать ключевые данные в удалённый командный центр.

На днях в прессе, однако, появилась информация о принципиально новом типе "умной пыли", разработанном в Калифорнийском университете г. Сан-Диего химиками Майклом Сейлером (Michael Sailor) и его аспирантом Джеми Линком (Jamie Link). В отличие от вышеупомянутой электронной, "умная пыль" учёных из Сан-Диего является "химической", в том плане, что не содержит какой-либо электроники, а её действие связано с осуществлением физико-химических процессов.

"Пылинки", созданные Сейлером и Линком, имеют весьма простое строение и представляют собой фактически очень мелкие осколки тонкой кремниевой пластинки, имеющей зеркальные поверхности и окрашенной в два цвета - красный с одной, и зелёный - с другой стороны.

Технология их изготовления заключается в следующем. Сначала одну сторону кремниевой пластинки (аналогичной используемым в микросхемах) протравливают специальным реактивом, делая её пористой. Далее поверхность покрывается гидрофобными молекулами, что делает эту сторону пластины водоотталкивающей. Противоположную сторону также делают пористой, но не "пришивают" к ней каких-либо молекул, и она остаётся гидрофильной (смачивается водой). Вот, собственно, и всё -  "умная пыль" почти готова. Осталось лишь подействовать на полученную пластину ультразвуком, чтобы раздробить её на осколки размером не больше диаметра человеческого волоса.

Полученная таким образом пылинка представляет собой фактически миниатюрный сенсор, имеющий гидрофильную и гидрофобную стороны, окрашенные в разные цвета.

Полагаю, многие уже догадываются, как действует такая "умная пыль". Если взять конкретный пример, то при добавлении частиц в воду они будут ориентироваться к ней гидрофильной стороной, гидрофобная же будет обращена к воздуху. Если в воду добавить некое жирорастворимое вещество (как видно на фото), частицы "пыли" будут располагаться соответственно, выстраиваясь гидрофобной стороной к добавленному веществу (например, маслу, бензину и т.д.), а противоположной - к воде. Поскольку частицы окрашены, они, ориентируясь однообразно, будут придавать границе разделения один определённый цвет.

Вот тут всё не так просто. Дело в том, что в процессе контакта частицы с определённым веществом соответствующая сторона благодаря пористости "впитывает" определённое его количество. При этом её оптические свойства изменяются, соответственно изменяется и спектр отражаемого света. Интенсивность впитывания определяется степенью родства раствора и молекул, находящимся на поверхности пылинки. Поскольку молекулы, наносимые на поверхность частиц, могут быть самыми различными, "умная пыль" будет приобретать специфический цвет только при контакте с определённым веществом.

Хорошо, скажете вы, ну и что нам даёт поверхность определённого цвета, составленная из каких-то миничастиц? Ответ прост: цвет поверхности можно "считать", например, с помощью лазера, подобно тому, как считывается штрихкод на упаковке, причём проделать это можно и на расстоянии. Пока Сейлору и Линку с помощью имеющегося у них лазера удалось уловить изменение цвета на расстоянии 20 метров. Однако они утверждают, что, используя более мощную аппаратуру, вполне реально увеличить это расстояние до 1 км.

Авторы проекта надеются, что с помощью их изобретения вскоре станет возможным определение степени загрязнённости воды, анализ воздуха на предмет биологических и химических агентов (в том числе и используемых в качестве боевых), и даже определение специфических веществ в кровеносной системе человека.