अब्जांश तंत्रज्ञान क्षेत्रातील प्रगतीचा एक महत्त्वाचा टप्पा म्हणजे चलाख धूळ (Smart dust) तंत्रज्ञान होय. चलाख धूळ ही असंख्य सूक्ष्म विद्युत यांत्रिक प्रणालींची (Micro Electro-Mechanical Systems—MEMS; एमईएमएस) मिळून तयार झालेली एक प्रणाली आहे. उदा., संवेदक, रोबॉट यांसारखी उपकरणे प्रकाश, स्पंदने, तापमान, चुंबकत्व इत्यादी मापनाकरिता वापरली जातात. थोडक्यात, चलाख धूळ हे अतिशय सूक्ष्म आकारमानाचे उपकरण असून अत्यंत कमी वीजपुरवठ्याच्या साहाय्याने ते स्वतंत्रपणे कार्य करू शकते. अब्जांश तंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने धुळीच्या कणाच्या आकारमानाएवढी म्हणजेच साधारणत: २० म्यूमी. (मायक्रोमीटर) ते १ मिमी. आकारमानाच्या अनेक लहान बिनतारी सूक्ष्म विद्युत यांत्रिक उपकरणे तयार केली जातात, यालाच शास्त्रीय भाषेत ‘स्मार्ट डस्ट’ म्हणजेच चलाख धूळ ही संज्ञा वापरतात.
१९९० च्या दशकामध्ये आरएएनडी कॉर्पोरेशन, अमेरिका (Research and development; RAND Corporation, America ) येथे तंत्रज्ञान आणि त्याचे उपयोग यांविषयी कार्यशाळा आयोजित केली होती. यामध्ये लष्करी अनुप्रयोगांवर अधिकाधिक लक्ष केंद्रित केले गेले होते. सर्वांत प्रथम कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील प्राध्यापक क्रिस्टोफर एस. जे. पिस्टर (Kristofer S. J. Pister) यांनी त्यांच्या सहकाऱ्यांसोबत १९९७ मध्ये डीएआरपीए (DARPA; The Defense Advanced Research Projects Agency, America) या संस्थेला चलाख धूळ याबाबत संशोधन प्रस्ताव सादर केला. तांदळाच्या एका दाण्यापेक्षाही लहान आकार असलेला बिनतारी संवेदक पातबिंदू (wireless sensor nodes) तयार करण्याचे लक्ष ठरवून या प्रस्तावाला मंजूरी देण्यात आली. यानंतर २००१ मध्ये पिस्टर यांनी या चलाख धूळ या संकल्पनेचा विस्तार केला. २००१ मध्ये अमेरिकी सैन्याने चलाख धूळ या उपकरणांवर आधारित निरीक्षण करणे, पाळत ठेवणे इत्यादी चाचण्या घेतल्या. १४२ लष्करी वाहनांचा वेग आणि दिशा मोजल्यानंतर ही चाचणी अतिशय यशस्वी ठरली.
चलाख धूळ उपकरणांचे कार्य एमईएमएस प्रणालीद्वारे चालते. या प्रणालीमध्ये कोणत्याही यांत्रिक [तरफ (Lever), स्प्रिंग (Spring), पटल (Membrane) इ.] आणि विद्युत [रोधी (Resistor), संधारित्र (Capacitor), प्रवर्तक (Inductor) इ.] घटकांची जोडणी करण्यात आलेली असते. त्यामुळे ते संवेदक व प्रेरक यांप्रमाणे कार्य करतात. त्यांद्वारे बिनतारी संदेशांची देवाणघेवाण होते. पाठवलेल्या संदेशांचे नंतर यांत्रिक हालचालींमध्ये रूपांतर करण्यासाठी एमईएमएस उपकरणांचा वापर केला जातो. उदा., नेहमीच्या वापरातील स्मार्टफोन आकाराने लहान असले तरी त्यामध्ये असंख्य सुविधा उपलब्ध असतात. स्मार्टफोनमध्ये प्रतिमा संवेदक (Image sensor), स्व-केंद्र प्रेरक (Autofocus actuator), दाब संवेदक (Pressure sensor), चुंबकीय मापक (Magnetometer), मायक्रोफोन (Microphone) इत्यादी एमईएमएस उपकरणे असतात. एमईएमएसचा अंतर्भाव असलेली अनेक उपकरणे आजकाल खुल्या बाजारात सहजतेने मिळतात. उदा., प्रवेगमापक (Accelerometer), घूर्णी (Gyroscope) इत्यादी.
चलाख धूळ अनेक प्रकारची कामे करू शकते. चलाख धूलिकणामध्ये अब्जांश तंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने समाकलिक मंडलाची (IC Chips) बांधणी केलेली असते. त्यावरील विद्युत-मंडले (Electric circuits) संगणकाप्रमाणे काम करतात. त्यावर बिनतारी संवेदक आधारित संदेशांची देवाणघेवाण (Wireless sensor-based communication system) व संगणकीय कार्य करण्यासाठी अत्याधुनिक स्वायत्त यंत्रणा असते. सौर-सक्षम चलाख धूळ सौर ऊर्जेवर चालतात. चलाख धूळ सूक्ष्म असल्याने त्यांचे अस्तित्व सहजगत्या लक्षात येत नाही. ते प्रकाशाची तीव्रता, तापमान, दाब, स्पंदने (Vibrations), आर्द्रता, विष-प्रमाण (Toxicity) इ. बाबींविषयीची पर्यावरणीय माहिती गोळा करतात. ही माहिती नंतर बिनतारी संदेशाद्वारे दूरस्थ संगणक प्रणालीला पाठवली जाते. तेथे या माहितीचे सखोल विश्लेषण केले जाते.
चलाख धुळीच्या जालकामध्ये काही घन मिलिमीटर किंवा त्याहीपेक्षा कमी आकारमानामध्ये एका लहानश्या कप्प्यामध्ये (Pocket) संवेदन, संगणन, बिनतारी संप्रेषण क्षमता आणि स्वायत्त वीज पुरवठा इ. एकत्रित करणारे पातबिंदू (Nodes) असतात, त्यालाच मोट (Mote) असे म्हणतात. पारंपरिक सिलिकॉन मायक्रोफॅब्रिकेशन तंत्र वापरून मोट तयार करण्यात येते. चलाख धूळ उपकरणांचे विविध क्षेत्रांनुसार पुढील फायदे आहेत —
(१) शेती : पिकास पाणी देणे, खते देणे, कीटक नियंत्रण तसेच पिकाच्या पोषक गरजा यांचे सतत निरीक्षण करून याबाबतची माहिती नोंदविण्याचे काम चलाख धूळ करते. ही माहिती पिकाची उत्पादकता व गुणवत्ता वाढविण्यासाठी उपयुक्त ठरते. त्याचप्रमाणे मातीचा सामू (पीएच), सुपीकता, सूक्ष्मजीवांचा प्रादुर्भाव इत्यादी बाबतची माहिती देखील चलाख धूळ नोंदवू शकते.
(२) उद्योग : चलाख धुळीच्या साहाय्याने अत्यावश्यक उपकरणांची सतत तपासणी करणे, यंत्रांची नेमकी स्थिती, त्यांचा कमकुवतपणा व गंज इत्यादींचे मूल्यांकन करून उद्योगातील अपयश किंवा अपघात टाळता येणे शक्य आहे.
(३) सुरक्षा : संशयास्पद लोकांवर पाळत ठेवणे.
(४) वैद्यकीय निदान : कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील संशोधकांच्या मते प्रत्यारोपित चलाख धूळ (मज्जातंतू धूळ; Nural dust) याच्या साहाय्याने मेंदूच्या कार्यक्षमतेचा अभ्यास करता येतो.
(५) वाहतूक प्रणाली : चलाख धूळ नाशवंत मालाची वाहतूक करताना तापमान, आर्द्रता आणि वायुवीजन यांसारख्या काही मापदंडांचे सतत निरीक्षण करण्यास उपयोगी ठरते. त्याचप्रमाणे चलाख धूळ सुरक्षित वाहतुकीसाठी तापमान, हवा आणि आर्द्रता यांसारख्या आवश्यक परिस्थितींवर नियंत्रण ठेवण्यास मदत करते. सॅन फ्रॅन्सिस्को येथे विविध वाहनतळांवर तसेच मोठ्या रस्त्यांवर चलाख धूळ तंत्रज्ञानावर आधारित सुमारे १२,००० संवेदक प्रणाल्या बसविल्या आहेत. याचा उपयोग विशिष्ट प्रकारचे वाहन ओळखणे, रस्त्यावरील वाहतुकीदरम्यान येणाऱ्या अडचणींचा शोध घेणे इत्यादींकरिता होतो. अशाप्रकारे वाहतूकीतील सुरक्षा व नियंत्रण राखले जाते.
(६) संरक्षण (लष्करी) क्षेत्र : चलाख धूळ दुर्गम भागांमध्ये तसेच शत्रूच्या हद्दीतील भागाचे निरीक्षण करून त्याच्या नोंदी ठेवते. याचा उपयोग लष्कराला तेथील भागांमध्ये प्रवेश करण्यास मदत करते. चलाख धूळ विषारी वायू किंवा हानिकारक पदार्थांची उपस्थिती देखील निर्धारित करू शकते आणि त्यासंदर्भात आवश्यक कृती करण्यात मदत करू शकते.
(७) प्रवासातील सुरक्षा : सुरक्षित प्रवास सुनिश्चित करण्यासाठी चलाख धूळ महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावू शकते. उदा., प्रवासातील रस्त्यांची स्थिती, जमिनीतील ओलावा, तापमान, पर्यावरणातील खडतर परिस्थिती इत्यादी घटकांचा शोध घेणे.
यांशिवाय आरोग्य सेवा देखरेख, मार्ग निरीक्षण (Tracking), औद्योगिक आणि पुरवठा साखळी देखरेख, गुप्तहेर यंत्रणा इत्यादी अनेक कारणांसाठी चलाख धुळीचा उपयोग होतो. चलाख धुळीच्या संदर्भात प्रगतीचा पुढचा टप्पा म्हणजे आज्ञावलीसक्षम चलाख धूळ (programmable smart dust; प्रोग्रामेबल स्मार्ट डस्ट). यामध्ये चलाख धूलिकण आज्ञावलीद्वारे (प्रोग्रामद्वारे) त्यांना दिलेल्या सूचनांनुसार काम करतात.
संशोधकांच्या मते चलाख धूळ या तंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने पृथ्वीवरील प्रत्येक घटकाचे निरीक्षण करणे शक्य आहे. परंतु, असे असले तरी चलाख धूळ या तंत्रज्ञानाच्या व्यापक प्रमाणात उपयोग करण्याबाबत अजूनही चिंता व्यक्त केली जाते. चलाख धूलिकण वापरून झाले की, ते निरुपयोगी ठरतात. हे कण आरोग्यालाही बाधक असतात. तसेच त्यांचा आकार अतिशय लहान असल्याने त्यांना शोधणे आव्हानात्मक असते. चलाख धूळ चुकीच्या हातात पडल्यास गोपनीयतेचा प्रश्न उद्भवू शकतो. सद्यस्थितीत आर्थिकदृष्ट्या हे उपकरण वापरणे सोयीचे नसल्याने याचा वापर समाजातील सर्व थरांमध्ये सहजपणे होताना दिसून येत नाही. जोपर्यंत खर्च कमी होत नाही तोपर्यंत हे तंत्रज्ञान अनेकांच्या आवाक्याबाहेरचे असेल.
अब्जांश इलेक्ट्रॉनिक मंडलांची निर्मिती, तसेच औद्योगिक स्तरावर मंडलांचे वेफर स्तरीय बांधणी (wafer level packaging) करणे याबाबतीत आता बरीच प्रगती झाली आहे. अशा प्रणालीची कार्यक्षमता वाढवणे व निर्मिती खर्च कमी करणे हे शक्य होत असल्यामुळे नजीकच्या काळात चलाख धूलिकणांचा वापर दिवसेंदिवस वाढत जाईल यात शंका नाही.
संदर्भ :
- https://www.theneweconomy.com/technology/microscopic-smart-dust-sensors-are-set-to-revolutionise-a-range-of-sectors
- https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=5560
- https://www.nanowerk.com/smartdust.php
- View at Medium.com
- https://www.chaione.com/blog/smart-dust-communication-systems-and-future
- https://www.chaione.com/blog/smart-dust-communication-systems-and-future
लेखक : पी. वाय . चौधरी
समीक्षक : वसंत वाघ
