Από το ΒΗΜΑ, Ημ. Έκδοσης 23-02-2003

Τα θαύματα της Εξυπνης Σκόνης
Δεν είναι μεγαλύτεροι από ένα νόμισμα αλλά κρύβουν μέσα τους τεράστιες δυνατότητες. Υπολογίζουν με τρομερή ταχύτητα, επικοινωνούν, παράγουν ενέργεια, ανιχνεύουν τις τοπικές συνθήκες. Οι κόκκοι-ηλεκτρονικοί υπολογιστές θα γίνουν ακόμη πιο μικροί και πιο δυνατοί

Π. ΣΠΥΡΑΚΗΣ - Σ. ΝΙΚΟΛΕΤΣΕΑΣ

Οι πλέον πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις οδηγούν σε υπολογιστικές συσκευές με ιδιαίτερα μικρές διαστάσεις, χαμηλό κόστος και εντυπωσιακές δυνατότητες. Σε μερικά κυβικά εκατοστά συνυπάρχουν δυνατότητες υπολογισμού, ασύρματης επικοινωνίας, περιορισμένες πηγές ενέργειας καθώς και μικροί αισθητήρες για την ανίχνευση μεγάλης ποικιλίας τοπικών συνθηκών (θερμοκρασία, κίνηση, ραδιενέργεια, σεισμική δραστηριότητα, τοξικότητα κτλ.). Στο άμεσο μέλλον οι διαστάσεις τέτοιων συσκευών θα μειωθούν πλησιάζοντας την κλίμακα του χιλιοστού. Για αυτόν τον λόγο ήδη αποκαλούνται κόκκοι έξυπνης σκόνης (smart dust).

Τέτοιες μικροσυσκευές θα απλώνονται σαν σκόνη κατά εκατοντάδες χιλιάδες σε μια περιοχή. Ετσι, σχηματίζουν ένα προσωρινό και αδόμητο επικοινωνιακό δίκτυο, δύσκολα αντιληπτό από κάποιον που δεν γνωρίζει για το έξυπνο αυτό νέφος. Ο κάθε κόκκος σκόνης μπορεί τώρα να αντιληφθεί ένα κρίσιμο τοπικό συμβάν εν τη γενέσει του. Αυτός ο κόκκος σκόνης επικοινωνεί με γειτονικούς κόκκους και τους μεταφέρει την πληροφορία πραγματοποίησης του συμβάντος. Ο εντοπισμός γειτονικών κόκκων γίνεται τη στιγμή που χρειάζεται, με τοπική αναζήτηση. Η πληροφορία, βήμα προς βήμα, διαδίδεται ταχύτατα προς ένα κέντρο ελέγχου.

Η βήμα βήμα μετάδοση αφενός ξοδεύει λίγη ενέργεια, αφετέρου είναι πολύ ασφαλής αφού παράγει μικρά και επομένως δύσκολα ανιχνεύσιμα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Επίσης, αν το κρίσιμο γεγονός συμβαίνει μακριά από το κέντρο αναφοράς, η μετάδοση σε ένα μικρό βήμα μπορεί να μην είναι καν εφικτή. Για την περαιτέρω εξοικονόμηση ενέργειας, οι κόκκοι περιοδικά, και ο καθένας με δικό του τρόπο, επιλέγουν να βρίσκονται είτε σε κατάσταση ύπνου (οπότε δεν επικοινωνούν με άλλους κόκκους) είτε σε κατάσταση εγρήγορσης.

Πέρα από τις προφανείς στρατιωτικές εφαρμογές, η έξυπνη σκόνη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για έγκαιρο εντοπισμό πυρκαγιών ή πλημμυρών, ανίχνευση διαρροής ραδιενέργειας ή τοξικών ουσιών, παρακολούθηση σεισμικής δραστηριότητας σε δυσπρόσιτες για τον άνθρωπο περιοχές. Ακόμη για τη λεγόμενη μικρο-γεωργία (δηλαδή επίτευξη μέγιστης ακρίβειας σε γεωργική παραγωγή), την υγεία (όπως κατά την τηλεπαρακολούθηση φυσιολογικών δεδομένων του ανθρώπινου οργανισμού) αλλά και στην πρόγνωση καιρού, με τη διασπορά έξυπνων κόκκων σκόνης από αεροπλάνο στην ατμόσφαιρα όπου, επιπλέοντας, θα συλλέγουν μετεωρολογικές μετρήσεις.

Τέτοια μη συμβατικά δίκτυα επικοινωνίας όπως τα σύννεφα έξυπνης σκόνης αναδεικνύουν κάποια χαρακτηριστικά που μοιάζουν με ιδιότητες κοινωνιών έμβιων όντων. Τέτοια χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν (1) την αυτοοργάνωση, δηλαδή τη συνεργασία του συνόλου χωρίς την ύπαρξη κεντρικής διαχείρισης και χωρίς σταθερό δομικό σκελετό, (2) την πολυπλοκότητα, καθόσον τα δίκτυα αυτά αποτελούνται από πάρα πολλούς κόκκους και υπόκεινται σε απρόβλεπτες και συχνές μεταβολές δομής, (3) την εμφάνιση συνολικής απόδοσης ισχυρότερης από το τι μπορεί να κάνει το καθένα (σχετικά ανίσχυρο) σωματίδιο και (4) την έντονη αλληλεπίδραση μεταξύ κόκκων για επίτευξη συνεργασίας.

Αυτά τα, εν πολλοίς ζητούμενα, χαρακτηριστικά δημιουργούν μείζονες προκλήσεις για την έρευνα. Η επίτευξη αποδοτικών και ευσταθών τέτοιων δικτύων απαιτεί τη μη τετριμμένη επέκταση μαθηματικών και αλγοριθμικών τεχνικών και μοντέλων. Μάλλον απαιτούνται σύνθετες προσεγγίσεις με έντονο διεπιστημονικό χαρακτήρα που εμπλέκουν κλάδους όπως στατιστική φυσική, θεωρία παιγνίων, βιολογικά μοντέλα κτλ. Οι προκλήσεις αυτές απευθύνονται κατ' αρχήν στη βασική έρευνα.

Πολλοί επιστήμονες, μέσα από ανταγωνιστικές χρηματοδοτικές δράσεις μεγάλης κλίμακας στην ΕΕ και στις ΗΠΑ, ασχολούνται σήμερα με τα ζητήματα αυτά. Μερικοί και στην Ελλάδα, όπως στην Πάτρα. Η παγκόσμια αυτή επιστημονική μηχανή έρευνας μακράς πνοής, με εσωτερική ποιότητα και αξιοκρατία, σήμερα εκδηλώνεται όχι μόνο στο θέμα των μη συμβατικών δικτύων αλλά και σε πολλά άλλα θεμελιώδη ζητήματα. Αυτή η έρευνα αιχμής σε επίπεδο ΕΕ ή ΗΠΑ μάλλον οδηγεί τις, από καιρό ασθενείς, ελληνικές προσπάθειες τύπου ΠΕΝΕΔ στην οριστική περιθωριοποίηση ή, στην καλύτερη περίπτωση, σε μηχανισμό μίμησης τύπου ουράς της υπερεθνικής έρευνας. Αυτό ας μη θεωρηθεί νομοτέλεια. Αλλα κράτη, με μακροπρόθεσμο και ισχυρό ενδιαφέρον για έρευνα μακράς πνοής, δεν είναι στην ουρά αλλά στην αιχμή τέτοιων προσπαθειών.

Ο κ. Παύλος Σπυράκης είναι καθηγητής Πληροφορικής στο Πανεπιστήμιο Πατρών και διευθυντής του Ερευνητικού Ακαδημαϊκού Ινστιτούτου Τεχνολογίας Υπολογιστών (ΕΑΙΤΥ) του υπουργείου Παιδείας. Ο δρ Σωτήρης Νικολετσέας είναι λέκτορας του Τμήματος Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών.