گرد و غبار هوشمند دستگاهی کوچک به اندازه چند میلی‌متر است که می‌تواند با استفاده از یک منبع تغذیه بسیار کوچک به عنوان یک جز متمایز عمل کند. این سیستم از چندین سیستم کوچک میکروالکترومکانیکی (MEMS) بی‌سیم با اندازه 20 میکرومتر تا 1 میلی‌متر تشکیل شده است. MEMS همچنین به عنوان ذراتی (motes) شناخته می‌شوند که مجهز به حسگرها، دوربین، و دیگر مکانیسم‌های ارتباطی هستند. این سیستم‌ها در نهایت به صورت بی‌سیم به شبکه رایانه متصل می‌شوند تا داده‌های به‌دست‌آمده از طریق RFID (سامانه بازشناسی با امواج رادیویی) را پردازش کنند. این دستگاه‌های کوچک با استفاده از تکنیک‌های متداول میکروساخت سیلیکونی ساخته می‌شوند و می‌توانند در محیط، شبیه به گرد و غبار معلق بمانند.
کارکرد گرد و غبار هوشمند
این ذرات داده‌های مختلفی را جمع‌آوری می‌کنند که شامل نور، لرزش، دما، فشار، شتاب، رطوبت، صدا و استرس است. این داده‌ها از یک ذره به ذره دیگر منتقل می‌شوند تا زمانی که به نقطه انتقال (transmission node) برسند. کارکرد اصلی ذرات عبارتند از؛
1. پردازش داده‌ها با سیستم رایانه
2. ذخیره‌سازی داده‌ها (حافظه)
3. متصل کردن داده‌های یک پایگاه یا سایر MEMS به فضای ابری به صورت بی‌سیم
کاربرد گرد و غبار هوشمند
دستگاه‌های گرد و غبار هوشمند بدون هیچ گونه مداخله انسانی کار می‌کنند. به دلیل اندازه و وزن کم می‌توان آن‌ها را به راحتی در مناطق باریک و دشوار قرار داد. این دستگاه‌ها می‌توانند در شرایط مختلف اطلاعات مفصلی را جمع‌آوری نمایند که در تحقیقات و صنایع مختلف بسیار سودمند است. چند نمونه از آن به شرح زیر است؛
کشاورزی: نظارت مداوم بر نیازهای غذایی محصول، آبیاری، کوددهی و کنترل آفات. این اطلاعات با ارزش می‌تواند به افزایش کمی و کیفی محصول کمک کند. همچنین می‌تواند شرایط خاک مانند PH، حاصلخیزی، آلودگی‌های میکروبی و به طور کلی اطلاعات حیاتی برای رشد گیاه را ثبت نماید.
صنایع: غربالگری مداوم تجهیزات ضروری و اقدام در رابطه با تعمیر و نگهداری آن‌ها. ارزیابی دقیق شرایط ماشین‌ها، از جمله نقص و خوردگی آن‌ها، می‌تواند مانع از خرابی کامل سیستم شود.
امنیت: نظارت بر افراد مظنون و مشکوک به صورت بی‌سیم
کنترل موجودی کالا: ردیابی محصولات از کارخانه‌های تولیدی آن‌ها تا قفسه‌های خرده‌فروشی از طریق سیستم حمل و نقل، کنترل دقیق موجودی کالا را به طور کامل تضمین می‌کند.
تشخیص پزشکی: محققان در دانشگاه برکلی بر چگونگی بررسی عملکرد مغز با استفاده گرد و غبار خنثی کاشته‌شده (implanted) تاکید کرده‌اند.
بخش حمل و نقل: گرد و غبار هوشمند می‌تواند با کالاهای فاسد شدنی حمل شود؛ زیرا این مواد نیاز به نظارت مستمر دارند. هنگام حمل کالاهای فاسد شدنی، پارامترهایی مانند دما، رطوبت و هوادهی باید به طور مداوم تحت نظارت قرار گیرند. به همین ترتیب، گرد و غبار هوشمند به نظارت بر سلامت حیوانات و کنترل شرایط لازم مانند دما، هوا و رطوبت برای حمل و نقل ایمن کمک می‌کند.
کاربردهای نظامی: این دستگاه به دستیابی به فعالیت‌ها در نواحی دور افتاده یا غیرقابل‌دسترس کمک می‌کند. همچنین می‌تواند وجود گازهای سمی و یا مواد مضر را تشخیص دهد و به انجام اقدامات لازم کمک کند.
ایمنی سفر: فناوری گرد و غبار هوشمند می‌تواند نقشی حیاتی در تضمین سفر ایمن داشته باشد. شناسایی عوامل حیاتی مانند تعمیر و نگهداری پیاده‌رو، یا نظارت بر شرایط رطوبتی و درجه‌حرارت جاده در طول شرایط نامساعد محیطی می‌تواند به مسافران کمک کند.
علی‌رغم این مزایای منحصر به فرد، به دلیل مسائل حریم خصوصی افراد در مورد استفاده از گرد و غبار هوشمند تردید دارند. همانطور که قبلا ذکر شد، دستگاه‌های گرد و غبار هوشمند بسیار کوچک هستند، به عنوان مثال، با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند و بنابراین تشخیص آن‌ها بسیار دشوار است. دستگاه‌ها از قبل برنامه‌نویسی شده‌اند و شروع به ثبت داده‌های حساس می‌کنند. بنابراین، اگر گرد و غبار هوشمند به دست افراد فاقد صلاحیت بیفتد، ممکن است موارد بسیار شدید نقض داده رخ دهد. به دلیل اندازه کوچک آن‌ها، ردیابی و بازیابی دستگاه‌های غبار هوشمند پس از استقرار در یک منطقه نیز چالش برانگیز است.
تجاری‌سازی فناوری گرد و غبار هوشمند
شرکت‌های بزرگی مانند کارگیل (Cargill)، جنرال‌الکتریک (General Electric)، سیسکو سیستمز (Cisco Systems) و آی‌بی‌ام (IBM) سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی در زمینه تحقیقات گرد و غبار هوشمند انجام داده‌اند. بسیاری از کاربردهای گرد و غبار هوشمند هنوز در مرحله مفهومی هستند. برخی از شرکت‌های دیگر مرتبط با فناوری گرد و غبار هوشمند عبارتند از؛
بتا بات (Beta Batt): این شرکت در هوستون، ایالات‌متحده آمریکا مستقر است و در زمینه توسعه انرژی کارآمد، پایدار و سازگار فعالیت دارد. در میان بسیاری از دستاوردهای این شرکت، آن‌ها یک سیستم تبدیل انرژی سه‌بعدی به نام DECTM Cell را تولید و ثبت کرده‌اند. این سیستم در شبکه‌های توری (Mesh Networks)، سیستم‌های مکانیکی، گرد و غبار هوشمند و چندین میکرو/نانو ساختار دیگر اعمال شده‌است.
دیفندک (Defendec): این شرکت یک شبکه حسگر بی‌سیم کارآمد، خودگردان و خود ترمیم‌شونده ارائه داده است که برای عملیات خود، انرژی باتری بسیار کمی مصرف می‌کند. محصول اصلی دیفندک، اسمارتدک (Smartdec) نام دارد که به تامین امنیت سازمان پیمان آتلانتیک شمالی (ناتو) و مرزهای خارجی اتحادیه اروپا کمک می‌کند. این محصول به توقف و کنترل تردد غیرقانونی، قاچاق بین‌المللی و سایر فعالیت‌های غیرقانونی در مرز کمک می‌کند. مرزبانان نیز از این فناوری استفاده می‌کنند.
کیوب‌ورکس (CubeWorks): این شرکت در سال ۲۰۱۳ تاسیس شد و در توسعه کوچک‌ترین حسگرهای بی‌سیم جهان و گرد و غبار هوشمند دنیای واقعی مشارکت داشته است.
