Töretlenül fejlődünk
Extrém vezetékmentesség: multi-gigabites Wi-Fi
Nem
kell nagy jóstehetség ahhoz, hogy megállapítsuk, a vezetékmentes
(hálózati) kapcsolódásé a jövő. A mobiltelefonok népszerűvé válásával
elindult trendet már látszólag semmi sem tudja megállítani, az viszont
kérdéses, hogy a különböző wireless szabványok közül melyik lesz a
befutó hosszú távon.
Az egyik versenyző a mindenki által ismert
Wi-Fi, mely a wireless fidelity szavak rövidítésével kapta nevét. Még az
1990-es évekhez köthető a technológia, melyet természetesen azóta
számos alkalommal revitalizáltak a szakemberek. Ennek köszönhetően a
802.11a szabvány után érkeztek sorban a többiek: 802.11b/g/n; egyre
nagyobb adatátviteli sebességet hozva magukkal. Legutóbbi már egészen
impozáns elméleti adatátviteli tempót tudhat magáénak: maximum 600
megabitet másodpercenként. Ezt az értéket azonban valós körülmények
között szinte sosem lehet elérni, hiszen számos tényező befolyásolja a
sebességet: a két antenna közötti távolság, az antennák közötti közeg,
interferenciák stb.
WiGig - rekordtempóval a levegőben
Ugyanakkor a fejlődés nem állt meg. Ali Sadri, a Wireless
Gigabit Alliance elnöke nemrég tett nyilatkozata szerint „a Wi-Fit
teljes mértékben át akarjuk hozni a 21. századba”. A műszaki cégekből
álló konzorcium dolgozik az úgynevezett WiGig szabványon, ami már
multi-gigabites sebességű vezetékmentes hálózati kommunikációt kínál.
Ezt a fogyasztói szokások változása indukálja: többek között a
szélessávú videók elterjedése miatt jóval nagyobb sávszélességre van
szükség. Ezzel az igénnyel pedig egyszerűen nem tartott lépést a Wi-Fi,
ismerte el Sadri.
Miben más a WiGig, mint elődje?
Míg
az egyes Wi-Fi standardok 2,4 és/vagy 5 GHz-es frekvenciatartományban
dolgoznak, addig az új változat ezen paramétere 60 GHz lesz. Itt
ugyanis jóval több szabad frekvenciasáv áll rendelkezésre, mint az
alacsonyabb tartományokban, ami jelentősen nagyobb adatátvitelt tesz
lehetővé. És hogy mennyi ez a jelentősen nagyobb? Akár 7 Gpbs is lehet,
azaz egy nagyságrenddel több, mint napjaink legjobb, dualband 802.11n
megoldásai. Vagyis a WiGig elhozza az igazi vezetékmentes,
multi-gigabites adatátvitel idejét.
Elszakadva a gigabitektől:
ezzel a tempóval mindössze néhány másodpercre van szükség egy teljes
HD-s film nézőhöz való eljuttatásához, azaz a videofolyam fennakadások
nélkül biztosítható még 1080p felbontású mozgóképes tartalmak esetén
is. Sőt, azokat a háztartásokat is ki tudja szolgálni, ahol egynél több
felhasználó óhajt sávszélesség-igényes lehetőségeket igénybe venni.
Például a jövőben nem lesz gond, ha gyermekeink online játszanak
barátaikkal, miközben az egyik szülő videós prezentációját tölti le,
illetve a család tinédzser lánya „élete szerelmével” videotelefonál -
nagyfelbontásban.
A WiGig univerzális megoldásnak terveztetett:
míg ma különböző technológiákat használunk a hálózati kapcsolatokhoz és
a perifériák csatlakoztatásához (lásd Bluetooth), addig a jövő
vezetékmentes technológiája egyszerre tudja majd ezt megvalósítani,
függetlenül attól, hogy monitorról, hálózati merevlemezről vagy bármi
egyébről van szó. További előnye, hogy visszafelé kompatibilis lesz a
jelenlegi Wi-Fi készülékekkel.
És nem szabad elmenni egy fontos
tulajdonsága mellett: a WiGig „sugárformázást” alkalmazhat, a sebesség
növelése érdekében. Napjaink wireless megoldásai gömbszerűen, szerte a
világba sugározzák az információt, a jövő technológiája viszont képes
lesz irányítani, fókuszálni az adatátvitel irányát, ami minimális
interferenciát eredményez. Sajnos ennek ára van: a WiGig alig 14 méterre
„lát el”.
Sajátmeghajtású elektronika: áram, konnektor nélkül
Míg
a WiGig chipek tömegtermelése már idén megkezdődhet, az első
kereskedelmi termékek pedig 2013 elején meg is jelenhetnek, addig a
következő fejlesztés beérésére kicsit többet kell várnunk. Zhon Lin Wang, a Georgiai Műszaki Intézet Nanotudomány Kutatócsoportjának professzora olyan nagyteljesítményű nanogenerátorokon (high-output nanogenerator, HONG)
dolgozik, amelyek egy körömnél is kisebb rugalmas chip révén 2-10
voltos feszültség előállítására képesek. Ehhez cink-oxid szálakat, avagy
nanocsöveket alkalmaz, több rétegben, fém elektródák és műanyag
polimerek közé rakva, egyfajta rugalmas, nanocsöves szendvicset hozva
létre. Az így kialakított struktúra piezzoelektromos tulajdonsággal
rendelkezik, vagyis fizikai behatás nyomán feszültség keletkezik rajta.
HONG - nanogenerátor, gyártástól a végtermékig
Egymagában mindez igen kismértékű elektromos áramot hoz létre, ám,
ha milliárd számra alkalmazzuk őket, akkor - elméletileg - akkora
energiaforrás jöhet létre, mellyel egy kisebb elektromos eszköz
energiaigénye teljesen kielégíthető. Vagyis nem kell töltőre
csatlakoztatni, nem igényel konnektoros energia-utántöltést.
Természetesen a piezzoelektromos lapkának is szüksége van valamilyen
energia-bevitelre. Ezzel kísérleteznek a georgiaiak: terveik szerint
olyan rendszert hoznának létre, melyet egy közúti hídba építenének be. A
betonba süllyesztett érzékelők, melyeket HONG energiaforrás táplál, a
járművek keltette vibrációból szereznék a „betevőt”. Az így „önjáróvá”
tett érzékelők pedig pontosan előre tudnák jelezni az olyan
katasztrófák bekövetkeztét, mint a híd strukturális sérülése.
Mostani
ismereteink szerint a nanogenerátorok nem lesznek képesek olyan nagy
elektronikai eszközöket meghajtani, mint a számítógépek vagy
televíziók, a parányi méretű készülékek igen sokat profitálhatnának
létezésükből. Például okostelefonok, digitális zenelejátszók, sőt, akár
vezetékmentes billentyűzetek akkumulátorainak működési idejét
jelentősen kitolni képes tényezőkké válhatnak, vagy akár
helyettesíthetik is az integrált telepeket. Elsősorban azért, mert -
legalábbis Wang állítása szerint - a HONG-ok alkalmazása minimális
többletköltséget eredményez. A cink-oxid hétköznapi anyag, a kész
nanoszendvics pedig a félvezetőipar által már ma is ismert és használt
eljárással előállítható (noha a professzor szerint némi finomításra,
továbbfejlesztésre azért szükség van). Még akár olcsóbbá is teheti az
adott eszközt, ha képes az akkumulátor - mint az egyik legköltségesebb
elem - teljes kiváltására.
Áram, vezetékek nélkül: elektromosság a levegőben
Már
az „önfenntartó” elektronikus eszközök ötlete is vonzó jövőt vetít
előre, de, mint fent említettük, az energiaigényesebb készülékeknél ez a
megoldás szóba sem jöhet. Ugyanakkor nem kell beletörődnünk a
kábeldzsungelbe, ami uralja a nappalit a tévé, a DVD-lejátszó és a többi
elektromos eszköz körül. Nikola Tesla úttörő kísérlete,
melynek során a levegőben volt képes elektromosságot eljuttatni egyik
helyről a másikra, anélkül, hogy az az élő szervezetre azonnali káros
hatással lett volna, hamarosan megvásárolható termékekben bizonyíthat.
De
mit is hozott tető alá száz évvel ezelőtt a nagy horvát? Rádióhullámok
segítségével továbbított elektromosságot, igaz, közel sem tökéletes
módon (ezirányú eredményei még mindig homályosak a tudomány számára). A
21. században többen folytatnak hasonló kísérleteket, ilyen például a
Powercast nevű amerikai cég, mely szóról-szóra ugyanabban az irányban
fejleszt, mint amivel Tesla is próbálkozott. Harry Ostaffe, a vállalat
marketing-alelnöke kissé öntelten így nyilatkozott: „ott vesszük fel a
fonalat, ahol Tesla abbahagyta”.
Az úgynevezett „power harvesting”, azaz energiabegyűjtés módszere a
vállalat könyvméretű, Powercaster névre keresztelt adóját használja
arra, hogy 1-3 wattnyi elektromosságot továbbítson a 915 MHz-es
frekvencián keresztül. A fogadó oldalon ezt aztán egy chip
(Powerharvester) nyeri ki a levegőből, átalakítva a rádiófrekvenciás
energiát egyenárammá. Jelenleg két lapkát kínál a cég: az egyik kisebb, a
másik nagyobb távolságok áthidalására használható, mindkét esetében
alacsony, 4-5 voltos feszültségek használata mellett. Egyelőre az
energiabegyűjtő megoldások csak mikro- és milliwattos teljesítményre
képesek, amik még mobiltelefonok számára sem biztosítanak elegendő
energiát, de például egy Kindle-féle elektronikuskönyv-olvasó számára
már megfelelő alternatívát kínálhatnak.
A jövő azonban még nagy
lehetőségeket tart e téren, főleg akkor, ha sikerül kitolni a megoldás
hatótávolságát is. Jelenleg ugyanis mindössze 10-15 méternyit utazhat az
energia a levegőben nagyobb veszteség nélkül, ennél messzebbre
jelenleg nem küldhető el hatékonyan.
Természetesen nem a
Powercast az egyetlen, amely RF-DC energiaátalakító technológiákon
dolgozik. Például a japán Nihon Dengyo Kosaku rendszere egy speciális
egyenirányító antennára támaszkodik. Ugyanakkor az amerikai vállalat
szerint saját megoldásuk előnye annak fejlettségében rejlik: a
Powercast chipje készen áll arra, hogy akár kereskedelmi forgalomban
kapható termékekbe integrálják. Ezt is várja az idei évtől a cég:
tervek szerint megjelennek az első olyan füstérzékelők, melyek
energiatáplálása ezzel a módszerrel lesz biztosítva.
Öngyógyító akkumulátorok - igény szerint javítvaMindenkinek
ismerős a helyzet: évek óta használt, szeretett mobiltelefonunk,
laptopunk már nem olyan, mint rég. Nem a karcok vagy a megkopott
burkolati elemek okoznak fejtörést - hiszen ez csak esztétikai
érzékünket borzolja, de munkavégzés szempontjából indifferens -, hanem a
„szívük”, az őket tápláló energiatárolók elöregedésével nehéz
kibékülni. Még nagyobb gondot okoz, ha egyszerűen tönkremegy az akku,
mert például leejtettük a készüléket vagy rövidzár keletkezett benne.
Ilyenkor
két lehetőség marad: vagy hozzászokunk a korlátozott mobilitáshoz -
ami talán nem is olyan nagy áldozat egy főként asztali számítógép
helyett használt, fix helyre telepített laptop esetén -, vagy nyugdíjba
küldjük a telepet (szigorúan veszélyesanyag-gyűjtő helyen leadva).
Nincs azonban választásunk, ha olyan készülékkel jártunk így, melynek
akkumulátora fogyasztói szinten nem hozzáférhető (jellemzően az almás
készülékeknél fordulhat elő ez a helyzet), szélsőséges esetben akár le
is kell, hogy cseréljük az egyébiránt hibátlan terméket az
energiatároló hibája miatt.
A Beckman Intézet Fejlett Tudomány és Technológia részlegének
kutatói azonban teljes erőbedobással dolgoznak azon, hogy ez az
áldatlan állapot sokkal később keserítse meg a felhasználó életét. Az
Illinois-i Egyetem kampuszának szakemberei, Scott White
professzor vezetésével az akkumulátorok élettartalmának kitolásán
fáradoznak. White és csapata ugyanis rájött, miként lehet létrehozni
egyfajta önjavító akkut, amely akár a felhasználó tudomása nélkül is
képes helyrehozni az önmagában keletkezett strukturális károkat.
De
milyen károk jöhetnek létre egy akkumulátorban? Nos, a katódról az
anód felé haladó elektronok hozzák létre az elektromosságot az adott
eszköz működtetésekor, ennek a folyamatnak a megfordítása jelenti a
telep töltését. Idővel azonban az akkumulátor cellái sérülhetnek,
rövidzárat létrehozva, ami lecsökkenti a kapacitást, vagy akár tönkre
is teheti az energiatárolót.
Az amerikai kutatók rájöttek, hogy
ha a katódot „ragacsos”, gallium-indium ötvözetből álló
mikrogömböcskékkel vonják be, akkor az megoldást jelenthet erre a
problémára. A gömböcskék szétnyílnak, ha fizikai hatás - például az
eszköz leejtése - vagy túlmelegedés éri őket. Tartalmuk ezzel szabaddá
válik, ami egyfajta önjavító mechanizmusként szolgál, vázolta fel
röviden White az elvet. A gallium-indium gyorsan kitölti a sérülés
okozta réseket, az akkumulátor működése pedig alig 40 mikroszekundum
alatt helyreáll.
Sajnos egyelőre csupán egyetlen „dobása” van a
balkezes felhasználónak: ha másodszor is leejti készülékét, akkor a már
korábban szétnyílt mikrogömböcskék nem segíthetnek a komoly károk
elhárításában. Az amerikaiak így most azon dolgoznak, hogy többféle
különböző anyag beépítésével megnöveljék az „öngyógyítások” számát. Ha
sikerrel járnak, akkor megdöbbentő mértékben lehet majd kitolni az
energiatárolók élettartamát. Napjaink átlagos akkuja 100-150 töltést és
kisütést „él át” évente, ilyen tempó mellett nagyjából 2-3 évet bír
ki. A fent ismertetett eljárással kezdetben akár 5-6, a technológia
fejlődésével pedig akár 10 évre is növelhető ez az idő. Sajnos egyelőre
még mindig a kutatólaboratóriumok vendégszeretetét élvezi a metódus,
kereskedelmi megjelenésére a következő egy-két évben kevés az esély.
Számítógép-vezérlés, idegi alapokon
Hiába
fejlődött robbanásszerűen az elmúlt évtizedekben a számítástechnika,
az emberi agy még mindig nagyságrendekkel jobb az összetett feladatok
megoldásában. A két rendszer összekapcsolása ugyanakkor igen komoly
kihívást támaszt a kutatók számára. Éppen ezért a mai kezelőfelületek
jellemzően még mindig grafikusak, egér és billentyűzet, illetve az
elmúlt egy-két évben egyre inkább érintésérzékeny beviteli lehetőségek
mellett.
De talán már mindenki eljátszott a gondolattal, milyen
lenne pusztán elménk által vezérelni számítógépünket, okostelefonunkat,
otthoni médialejátszóinkat, tévéinket. Noha mindez egyelőre inkább
sci-fi, mintsem valóság, az optimista becslések szerint nem kell
emberöltőket várni valóra válásáig. Elég csak az olyan kísérletekre
gondolni, melyek során a fejre helyezett agyszkennerekkel már egyszerűbb
vezérlési lehetőségeket végre lehet hajtani, illetve említést
érdemelnek a szintén „gondolati úton” irányítható művégtagok is.
Ahhoz,
hogy pusztán agyunk révén tudjunk kommunikálni számítógépes
rendszerekkel, ki kell tudni olvasni az agyi tevékenységekhez kötődő
bioelektromos változásokat. Ezek feltérképezését végzik a Pittsburgh-i
Egyetem és a Carnegie Mellon Egyetem kutatói a NeuroSys nevű projekt
égisze alatt. Önkénteseket fektetnek funkcionális mágneses rezonanciára
alapuló képalkotó (fMRI) gépekbe, és arra kérik őket, hogy gondoljanak
bizonyos szavakra, mint például „keresés” vagy „kutya”. Az idegi
tevékenység során egyes agyterületek aktívabbá válnak, amit az fMRI gép
képes kiolvasni. Ezeket a mintázatokat egy számítógépes program révén
„át tudják fordítani”, vagyis egyfajta ember-gép, gép-ember szótárat
hoztak létre.
Jelenleg ezer szavas szókinccsel bír a program, és
ezekből egyszerűbb mondatokat is tud alkotni. Noha mutatkozik eltérés a
mintázatokat illetően a vizsgálati alany személyes hátterével
összefüggően (nyelvjárás, életmód stb.), mégis, átlagosan körülbelül 90
százalékos pontosságot lehet elérni vele, dicsekedtek a projekt
kutatói. A legnagyobb gond azonban nem is a relatíve kicsi
pontatlanságban rejlik, hanem abban, hogy mindehhez egy több millió
dollárba kerülő agyi szkennerre van szükség, ami értelemszerűen
drasztikusan limitálja a program kiterjesztésének lehetőségeit.
Intendix - gépelés kezek nélkül
A jövőben tehát az érzékelőtechnológián kell dolgozni, ha sikerre
akarjuk vinni az emberi elme olvasásának képességét: olcsóbbá és
sokkalta kisebbé kell tenni a szenzorokat. Ez az ugrás nincs is olyan
messze: léteznek már olyan kisméretű EEG-k (elektroenkefalográf),
melyek az fMRI képességét hozzák kicsiben, egy headsetbe vagy sapkába
integráltan. Az idei Cebiten ilyen készüléket mutatott be az osztrák
G.tec: Intendix nevű rendszere voltaképp egy EEG fejfedőre és egy
Windows-os PC-re írt szoftverre alapul. Általa - és némi tréning után -
lehetővé válik a gépelés, elegendő pusztán a kívánt betűre, számra
gondolni.
Ugyanakkor még van hova fejlődni: percenként mindössze
öt karaktert képes feldolgozni a 12 ezer dollárba kerülő rendszer. Az
irány azonban jó, hiszen már két nagyságrenddel olcsóbban és sokkal
kompaktabb formában lehet eredményeket elérni egy fMRI géphez képest.