Debu Pintar/Smart Dust

Oleh Mohd Faizal Aziz

Memasuki era nanoteknologi, saintis dan industri berganding bahu dan berlumba-lumba menghasilkan peranti dan perkakasan teknologi tinggi seperti penderia, komputer dan peralatan komunikasi tanpa wayar yang kecil serta mudah dibawa ke mana-mana. Apa yang diimpikan oleh mereka ialah untuk mencipta dan memasarkan perkakasan yang lebih ringan, berkuasa tinggi, sangat kecil sehingga tidak nampak di mata kasar. Selain itu ia juga bertujuan untuk menyelesaikan masalah-masalah seharian dalam kehidupan yang sering timbul akibat dari kemajuan sains dan teknologi yang pantas berkembang tanpa disedari. Di samping itu, sifat semulajadi manusia yang gemar meneroka sesuatu yang baru juga memberi impak yang besar ke atas ciptaan-ciptaan perkakasan moden berteknologi tinggi.

Impian besar tersebut telah menjadi fokus sekumpulan penyelidik dari University California di Berkeley, Amerika Syarikat yang diketuai oleh Kris Pister untuk menghasilkan sejenis peranti halus yang berfungsi seperti yang diidamkan oleh mereka. Peranti halus yang dimaksudkan ialah ‘debu pintar’ ( Smart Dust ) yang merupakan sebuah sistem lengkap komunikasi kecil berasaskan penderia (sensor) yang bersaiz lebih kecil dari sebutir pasir. Definisi lengkap debu pintar ini ialah sistem peranti mikroelektronik mekanikal (MEMS) berukuran beberapa millimeter yang memiliki sensor yang dilengkapi keupayaan komunikasi pelbagai arah tanpa wayar dengan bekalan kuasa bateri dan berfungsi seperti sebuah komputer kecil. Ia dikenali dengan debu pintar berdasarkan fungsinya sebagai sebuah sensor berkomputer dengan saiznya yang sangat kecil sehingga sukar dilihat oleh mata kasar. Pada umumnya, proses penghasilan peranti MEMS yang halus ini hampir sama seperti proses untuk menghasilkan cip komputer yang menggunakan teknik cetakan foto (photolithography) , punaran (etching) serta beberapa proses mikrofabrikasi yang mirip digunakan dalam penghasilan peranti semikonduktor yang lain. Berbeza dengan cip komputer yang mempunyai litar bersepadu yang padat dengan transistor-transistor kecil sehingga mencapai ukuran nanometer, MEMS mempunyai struktur-struktur mekanikal yang mempunyai sifat elektronik apabila diberi ransangan atau daya dari luar. Kelebihan utama peranti ‘debu pintar’ atau MEMS ini ialah kemampuannya menjana sumber tenaga sendiri yang terdiri daripada bateri lithium atau panel sel suria. Sehingga kini, peranti debu pintar mempunyai dua fungsi utama iaitu mengumpul informasi dan menghantar informasi ke satu pangkalan data berpusat.

Microcontroller pada debu pintar secara berkala akan menerima hasil pengukuran ransangan fizik dan kimia dari penderia yang tersedia padanya terhadap pergerakan dan persekitaran di sekelilingya seperti suhu, keamatan cahaya, getaran, kelajuan serta tekanan. Dengan menggunakan sistem operasi berasaskan sumber terbuka (open source) yang dikenali dengan nama TinyOS, data tersebut akan diproses dan disimpan di dalam cip memori berkapasiti 512KB setakat ini. Untuk mengirim data yang diterimanya, debu pintar ini akan mengaktifkan penerima (receiver) optik jika menerima isyarat dari pengendali yang berkomunikasi dengannya. Maklumat atau data yang diperolehi tadi akan dihantar menggunakan pancaran laser atau corner cube retroreflector ke pengkalan data berpusat.

Projek bernilai 1.2 juta dolar Amerika yang dibiayai oleh Defense Advanced Research Project Agency (DARPA) ,Amerika Syarikat ini digunakan dalam aplikasi pengintipan tentera Amerika. Kris Pister bersama kumpulannya telah berjaya menguji keberkesanan peranti ini di pengkalan tentera di TwentyNine Palms, di pedalaman Gurun California. Dalam ujian tersebut, sebuah pesawat kecil khas yang dilengkapi peralatan penerima isyarat yang dikendalikan menggunakan kawalan jauh telah melepaskan beberapa unit debu pintar ini dari udara sejauh 2 kilometer dari pengkalan tentera. Seterusnya setiap pergerakan ‘smart dust’ tersebut akan dipantau oleh saintis. Ujian dijalankan bertujuan untuk melihat pergerakan trak dan kenderaan tentera yang keluar masuk dari pangkalan. Ketika kenderaan tersebut melintasi jalan, peranti halus bersaiz debu tadi berjaya mengirimkan maklumat lengkap lokasi, arah, halaju trak tentera kepada pesawat yang terbang di atasnya. Jangkauan komunikasi sehala yang dapat dilakukan oleh peralatan ini ialah 21 kilometer ketika diuji dari Coit Tower & Twin Peaks di San Fransisco ke Cory Hall di University Berkeley. Komunikasi dua hala antara unit-unit ‘smart dust’ ini dapat dilakukan dalam jarak 20 kilometer.

Menurut Pister, tujuan utama dicipta peralatan ini bukanlah semata-mata untuk digunakan dalam peperangan. Menurut beliau debu pintar MEMS atau smart dust ini dapat digunakan dalam aplikasi pemantauan cuaca, bencana alam, keselamatan sesebuah bangunan dan juga aktiviti sukan. Selain itu ia juga dapat mengesan bahan biologi dan kimia berbahaya, memantau penggunaan senjata kimia dan mengawasi keadaan persekitaran. Malah sebuah syarikat teknologi Crossbow Technology di San Jose, California telah mengeluarkan peranti pintar atau ‘smart dust’ MEMS ini yang boleh digunakan untuk memantau gempa bumi dan juga pengawasan bayi.

Selain Pister dan ahli dalam kumpulannya, terdapat ribuan saintis di seluruh dunia termasuk dari negara kita juga berhasrat untuk membangunkan peranti kecil elektronik pelbagai fungsi yang dapat memanfaatkan kehidupan manusia. Sifat ingin tahu, mencuba, menyelidik dan minat yang mendalam terhadap sesuatu fenomena sains adalah anugerah Tuhan yang tidak ternilai diberikan kepada golongan ini. Oleh yang demikian, bakat dan anugerah tersebut tidaklah boleh disalahgunakan untuk mencipta sesuatu yang memudaratkan alam sejagat. Kesimpulannya, agama dan moral juga memainkan peranan penting dalam menyuntik kesedaran dalam apa jua aktiviti penyelidikan. Ibarat kata pepatah yang terkenal, sains tanpa agama buta, agama tanpa sains, cacat.

Tersiar di Dewan Kosmik, DBP Ogos 2008