Zehnmal größer als Smart Dust: ein IBM-Computer in der Größe eines Salzkorns.
Big Data

Smart Dust: Minirechner mit maximaler Leistung

Nicht einmal eine Haaresbreite groß und millionenfach vernetzt: Wie Minicomputer als Smart Dust die Industrie revolutionieren.
Smart Dust – wörtlich übersetzt schlauer Staub – sind Wolken winziger Computer, die Daten erfassen und an einen zentralen Computer schicken. Sie sind so klein, dass ein herkömmlicher Chip dagegen wie ein Ungetüm wirkt. Smart Dust könnte zum Beispiel als Geschwader aus medizinischen Miniatursensoren arbeiten und das Körperinnere von Menschen erforschen, beispielsweise um die Vorgänge bei Krankheiten besser zu verstehen.
Solche Minicomputer sind mit Sensoren ausgestattet, stehen drahtlos miteinander in Verbindung und stimmen ihre Aktionen eigenständig aufeinander ab. Klingt futuristisch und ist es auch. Denn noch existiert der intelligente Staub nicht, doch die Entwicklung macht Fortschritte. Bereits vor 20 Jahren hat sich Kristofer Pister, Professor am Institut für Elektrotechnik und Informatik der Universität Berkeley, dieses Konzept überlegt. In den folgenden Jahren erforschte er die technischen Möglichkeiten und versuchte, den schlauen Staub mit seinem inzwischen verkauften Start-up Dust Networks zu verwirklichen.

Stand der Smart-Dust-Technologie: winzige Linsen und Platinen

Und vor wenigen Wochen hat IBM eine salzkorngroße Computerplatine (s. Abb.) vorgestellt, auf der sich eine Solarzelle zur Stromversorgung, ein Prozessor mit einigen hunderttausend Transistoren, ein Hauptspeicher und ein Modul für optische Kommunikation mittels LED befinden. Obwohl er so klein ist, entspricht die Rechenleistung der eines PCs von 1990. Genügend, um seine Aufgabe zuverlässig zu erledigen: Er wird an Gegenständen befestigt und identifiziert sie damit eindeutig. Sie können nun elektronisch verfolgt werden, wenn sie mit speziellen Lesegeräten beispielsweise an Umschlagplätzen registriert werden. 
Doch es geht noch kleiner: Der Elektronikhersteller Hitachi vertreibt schon seit mehr als einem Jahrzehnt ein Funkmodul mit Antenne mit einer Kantenlänge von 0,15 Millimetern. Noch kleiner, nur ein Zehntelmillimeter im Durchmesser, ist die optische Linse der Universität Stuttgart für eine Nanokamera, die biologische Prozesse auf Zellebene fotografiert. Solche winzigen Bauteile sind zumindest in Bezug auf ihre Größe bereits dicht an der Zukunftstechnologie. 
Smart-Dust-Computer sollen noch einmal deutlich kleiner sein. Kritiker befürchten daher bereits, der intelligente Staub könnte gefährlich werden. Klein und unsichtbar könnten die winzigen Maschinen überall unbemerkt eindringen, Daten sammeln oder gar die Gesundheit gefährden. Doch Kristofer Pister sieht eher die Vorteile: „Smart Dust ermöglicht eine ungewöhnliche Bandbreite von Anwendungen. Er kann über eine Region verteilt werden, um Daten für die meteorologische oder geophysikalische Forschung zu erfassen. Er kann für Messungen in gefährlichen oder heißen Umgebungen eingesetzt werden, in denen verdrahtete Sensoren unbrauchbar sind oder zu Messfehlern führen.“ 

Smart Dust hilft beim Energiesparen

Ferner könnten winzige Licht- und Temperatursensoren zu völlig neuen Möglichkeiten beim Energiesparen führen, sagt Jan Rabaey, Professor für Elektrotechnik in Berkeley und Kollege von Pister. „Smart Dust wird als spezieller Anstrich auf die Wände aufgetragen und erfasst dort die Helligkeit und Temperatur.“ Ein Smart-Home-System nutzt diese Daten, um Heizung und Beleuchtung zu steuern. „Ihre Energie könnten diese Minisensoren aus den Vibrationen beziehen, die sich zum Beispiel durch Wind auf die Hauswände übertragen“, sagt Rabey. Der Hintergrund: Mit speziellen Schaltkreisen lässt sich durch Vibration Strom erzeugen. Der Wissenschaftler schätzt, dass auf diese Weise optimierte Beleuchtungs- und Heizungsanlagen allein in den USA rund 30.000 Tonnen Kohlendioxid pro Jahr einsparen können.
Doch bisher sind noch längst nicht alle technischen Probleme geklärt, die der Marktreife derartiger Minimaschinen im Wege stehen. So ist zum Beispiel unklar, wie man den schlauen Staub wieder einfängt. Er muss sich dafür über Funk identifizieren und gleichzeitig dazu in der Lage sein, sich aus eigener Kraft zu bewegen. Denn er wird sich mit anderen Partikeln vermischen und könnte somit in großer Zahl in Staubfiltern und Mülleimern landen.
Doch eines ist offenbar bereits absehbar: Die Minigeräte könnten sehr kostengünstig hergestellt werden. Für seinen aktuellen Miniaturcomputer gibt IBM Herstellungskosten von weniger als 10 US-Cent pro Stück an. Und wenn in Zukunft winzige Chips für Smart Dust in millionenfacher Auflage produziert werden, könnte der Preis noch weiter sinken.

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