Czujniki – małe urządzenia, które mają wielki wpływ na transformację świata

Temat rozwoju technologicznego i przemysłowego to zagadnienia, które były już wielokrotnie poruszane przy wielu okazjach. Wpływające na te procesy elementy można rozkładać na czynniki pierwsze niemal nieustanie. Czasami jednak zapomina się, że aby powstało coś wielkiego, to pierwszej kolejności koniecznych jest w wiele drobnych rzeczy. W każdym procesie mającym na celu stworzenie czegoś nowego lub udoskonalenie już istniejącego, kluczowe są informacje.

W istocie może to zabrzmieć prozaicznie, ale każdy wynalazek lub odkrycie poprzedzone było w pierwszej kolejności zbieraniem oraz weryfikacją informacji na temat procesów z danym zjawiskiem związanych. Wszystko po to, aby uzyskane w ten sposób wnioski doprowadziły w efekcie do oczekiwanego rezultatu. Same wiadomości natomiast mogą być gromadzone w różnorodny sposób, poczynając od pozyskiwania danych od osób zaznajomionych z danym tematem lub z obszarami z nim powiązanymi. Mogą to jednak być także eksperymenty, w ramach których poprzez zamierzone działania sprawdzamy, jakie efekty mogą one przynieść. Nie zapominajmy także o obserwacji. Obserwacja i monitorowanie zjawisk od nas niezależnych również bowiem od wieków stanowi jedno z głównych źródeł pozyskiwania informacji.

Gromadzenie danych, bez względu na to w jaki sposób to robimy, może być oczywiście celem samym w sobie. Przykładem może być np. odkrywanie wzorców zachowań zwierząt, bowiem każde tego typu odkrycie poszerza naszą wiedzę. Najczęściej jednak pozyskujemy określone wiadomości celowo, aby je wykorzystać do dalszych działań. Tymi celami jest właśnie tworzenie nowych narzędzi i rozwiązań, a także udoskonalanie oraz rozwój dotychczas już opracowanych. Im szybciej jednak i na większą skalę będziemy gromadzić dane, tym szybciej będziemy mogli je przeanalizować i opracować na ich podstawie nowe rozwiązania. Na tym właśnie polega postęp i droga do niego. [1]

Kluczowy jest czas

To, że czas jest cenny w każdej sytuacji nie podlega żadnej wątpliwości i dotyczy również procesu gromadzenia niezbędnej wiedzy. Stąd też wzięło się zjawisko znacznego przyspieszenia w ostatnim czasie postępu technologicznego, podczas gdy niegdyś następował on znacznie wolniej. Dawniej wynalazki czy odkrycia wymagały nawet dziesiątek lat starań. Następnie okres ten systematycznie skracał się i redukował, a ostatecznie teraz wydaje się, że nie ma niemal dnia czy miesiąca, aby naukowcy nie dokładali kolejnej cegiełki do rozwoju ludzkości.

Dzieje się tak dlatego, że technologia podąża pewnym wzorcem. Pierwsze odkrycia zaowocowały narzędziami, które doprowadziły do następnych. Potem zwiększająca się ilość opracowanych rozwiązań proporcjonalnie zwiększała liczbę i prędkość powstawania kolejnych. Nagromadzone dotychczas informacje, odkrycia i rozwiązania są przyczyną tego, że postęp dokonuje się teraz w tak szybkim tempie. Co jednak z tego wynika, poza tym, że jedne odkrycia niemal automatycznie napędzają kolejne? Otóż to, że kluczowe do rozwoju ludzkości jest gromadzenie informacji, ale nie mniej istotne jest tempo, z jakim to następuje. Naturalną konkluzją jest więc, iż chcąc przyspieszyć te procesy musimy skoncentrować się właśnie na tym, aby szybko i w dużej liczbie gromadzić dane. Co ciekawe, najważniejszym narzędziem w tym procesie są bardzo niepozorne urządzenia.

W czasach powszechnej cyfryzacji oraz rozwoju technologicznego ogromna masa otaczających nas czujników wszelkiego rodzaju już nikogo nie dziwi. Począwszy od sensorów wykrywających zagrożenia, np. ulatniający się gaz, przez monitorujące pogodę, aż po wykrywające najsubtelniejsze zmiany chemiczne w różnych dziedzinach. Czujniki to urządzenia kluczowe w wielu obszarach i choć niepozorne, to absolutnie niezbędne do naszego dalszego rozwoju. Dlaczego? Ponieważ stanowią jedno z głównych i najlepszych źródeł pozyskiwania danych za pomocą nowoczesnej technologii. Informacje gromadzone przez sensory są bowiem przesyłane do central i baz danych, a następnie analizowane i wyciągane z nich wnioski pozwalają na tworzenie fundamentów pod wszystko, co powstaje następnie.

Mała rzecz, ale wielki efekt

W zależności od dziedzin mogą to być nowe narzędzia lub metody udoskonalania obecnych rozwiązań, jak również rozwój nauki jako takiej.[2] Brzmi to nieco ogólnie, ale w każdej praktycznie dziedzinie czujniki są obecnie wykorzystywane i są niezwykle istotne. Przykładem mogą być sensory monitorujące stan wody. Ich zastosowanie może być wyjątkowo szerokie, od wykrywania zanieczyszczeń, przez monitorowanie poziomu w celach ostrzegania przed powodziami, aż po sprawdzanie rozwoju wodnych form życia. W ostatnim przypadku skutkuje to poszerzaniem naszej wiedzy na ten temat, a obserwacje mogą zostać wykorzystane to opracowywania nowych technologii. Nie każdy bowiem wie, że w jej rozwoju często naukowcy wzorują się właśnie na procesach zachodzących w przyrodzie.

Czujniki są także kluczowe w nowoczesnym rolnictwie. Wyobraźcie sobie bowiem w pełni zautomatyzowane farmy, które są całkowicie zoptymalizowane pod kątem wydajności, czyli minimalizacji inwestycji i maksymalizacji plonów. Te ostatnie mogą być automatycznie sadzone, doglądane, nawadniane, nawożone, a ostatecznie zbierane. Choć może to brzmieć nieco niewiarygodnie, wcale nie jest nierealistyczne, jednak u podstaw tych procesów muszą leżeć liczne systemy powiązanych ze sobą czujników. One bowiem będą sprawdzać stan gleby, a na podstawie pomiarów i ich analizy wdrażane będą systemy nawadniania i nawożenia w odpowiednich momentach. Monitorowanie stanu roślin pozwoli również na wdrożenie szybkiego zwalczania wykrytych chorób i szkodników, a także na oszacowanie terminu zbiorów, aby były optymalne.

Leczyć się w domu

Jako ostatni przykład warto wspomnieć także o medycynie. W tym przypadku liczba zastosowań czujników wszelkiej maści jest ogromna, począwszy od badań, przez eksperymenty, aż po samo leczenie i nie tylko. Jak już wspomniano, sensory są niezwykle istotnym narzędziem badawczym, również w naukach medycznych. Pozwalają one dokonywać pomiarów i rejestrować zjawiska, na podstawie których opracowywane mogą być nowe metody leczenia, jak i same leki. Również w trakcie terapii urządzenia wyposażone w elementy pomiarowe umożliwiają monitorowanie stanu pacjenta, sprawdzając np. jak reaguje na wdrożone leczenie.

Co więcej, dzięki rozwijającej się technologii transmisji bezprzewodowej, o której powiemy więcej za chwilę, sprzęty tego typu mogą być stosowanie także w domu pacjenta. Tym samym sensory są jednym z największych sprzymierzeńców nowoczesnych dziedzin, takich właśnie, jak choćby telemedycyna. Ostatecznie pozwolić to może na znaczne odciążenie placówek medycznych i zwiększenie komfortu pacjentów, którzy dzięki temu mogą sposób przechodzić badania i późniejszą terapię w domu, bez konieczności spędzania czasu w szpitalu. Korzyść jest więc tu bezapelacyjna.

Można teraz jednak zapytać, dlaczego wobec takiego potencjału oraz możliwości sensory nie są jeszcze wdrożone na taką skalę, aby w pełni spopularyzować omawiane zastosowania? Otóż w poszukiwaniu odpowiedzi należy powrócić do wspomnianego tematu bezprzewodowej transmisji danych.

5G i sensory wzajemnie się napędzają

W obecnych czasach bezprzewodowy przesył informacji nie jest absolutnie niczym nadzwyczajnym. Co więcej, urządzenia oparte na transmisji komórkowej posiada już praktycznie każdy, z nieodłącznym smartfonem na czele czy popularnymi laptopami. W ostatnich latach jednak na popularności zyskują także wszelkiego rodzaju wearables, czyli smartwatche, słuchawki bezprzewodowe i wiele innych rzeczy, [3] które niegdyś wydawały się wymysłem filmowej przyszłości, a stały się naszą codziennością. Wszystko to zawdzięczamy właśnie transmisji danych bez konieczności fizycznego podłączenia i to również stanowi klucz do rozwoju rozwiązań opartych na czujnikach wszelkiego rodzaju. Aby mogły być one dowolnie i dogodnie rozmieszczone, nie mogą być bowiem ograniczone kablami.

Sensory muszą mieć oczywiście także możliwość przesyłania zebranych informacji, w przeciwnym razie ich funkcjonowanie jest bezcelowe lub ograniczone do uporczywego, manualnego kopiowania zarejestrowanych informacji. Rozwiązaniem tych podstawowych problemów jest więc sieć komórkowa, która już teraz wspomaga korzystanie z czujników w wielu branżach, ale ma ograniczenia.

Czujniki i łączność bezprzewodowa

Niestety, aby w pełni spopularyzować rozwiązania na oparte na sieci sensorów konieczny jest rozwój właśnie technologii komórkowej. Mowa oczywiście o wprowadzeniu 5G, czyli najnowszej generacji sieci bezprzewodowej. Dlaczego jednak jest to niezbędne? Ponieważ możliwości obecnej generacji nie są wystarczające i to pod wieloma względami [4].

W pierwszej kolejności w procesie szerszej popularyzacji sieci czujników konieczny jest niemal niezakłócony, stały przesył danych w czasie rzeczywistym, co znacznie zwiększa skuteczność i możliwość bieżącego reagowania na wszelkie pomiary. Do tego dochodzą wymagania dotyczące przepustowości oraz kluczowy w tym przypadku aspekt, czyli liczba urządzeń. Jeśli bowiem mowa o ogromnej liczbie sensorów, to wymagają one dużych możliwości sieci do tego, aby wszystkie te urządzenia na równi obsłużyć.

To 5G pozwoli nie tylko na szybki transfer danych z dużą przepustowością i opóźnieniami zminimalizowanymi do setnych części sekundy. Nowa generacja technologii bezprzewodowej pozwoli bowiem również na obsługę nawet do miliona urządzeń na jednym kilometrze kwadratowym, co stanowi olbrzymi przeskok w stosunku do możliwości 4G w tym względzie. [5] Ostatecznie więc, aby te małe, a jednocześnie kluczowe narzędzia, jakimi są rożnego rodzaju czujnik, mogły w pełni pokazać swój potencjał, niezbędna jest implementacja 5G.

Więcej, szybciej, bardziej efektywnie

Każdy zna słynne słowa Neila Armstronga wypowiedziane po jego wyjściu na powierzchnię Księżyca. Fraza „to jeden mały krok dla człowieka, ale wielki skok dla ludzkości” była niezwykle adekwatne dla pierwszego lądowania człowieka na srebrnym globie, [6] ale też rezonuje dobrze z tematem sensorów. Te małe i często lekceważone narzędzia niemal nieustannie dostarczają nam swoim działaniem podwalin pod rzeczy wielkie, przyczyniając się sukcesywnie do naszego postępu technologicznego, przemysłowego, naukowego i nie tylko. Są przy okazji kluczowe m.in. do wdrożenia idei Internetu Rzeczy, [7] która może zrewolucjonizować wiele dziedzin naszego życia.

Jednakże one same nie są wstanie niczego dostarczyć, potrzebują wsparcia i możliwości, jakie jest w stanie zapewnić im piąta generacja sieci komórkowej. Tym samym poniekąd samoistnie potwierdza to tezę początkową tego tekstu, iż jedne rozwiązania technologiczne napędzają następne, a im więcej ich jest, tym szybciej i wydajniej pojawiają się kolejne. Przytoczone przykłady to natomiast jedynie przedsmak tego, co może nam przynieść synergia różnego rodzaju czujników i technologii 5G, co pozwoli spopularyzować rozwiązania na nich oparte na nieosiągalną dotychczas skalę. Jest więc na co czekać.