Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

В мире науки 2004-04

.pdf
Скачиваний:
15
Добавлен:
05.06.2015
Размер:
8.82 Mб
Скачать

 

 

 

 

 

 

 

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

 

 

 

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ RFID

 

 

RFID-системы подразделяются на низкочастотные,

на расстоянии больше метра сразу с нескольких

 

работающие на частотах до 100 МГц, и высокочас-

близкорасположенных ярлычков. Возможна также

 

тотные, работающие на частотах свыше 100 МГц.

передача новых данных на ярлычки (здесь не по-

 

Последние обеспечивают считывание информации

казана).

 

 

НИЗКОЧАСТОТНАЯ СИСТЕМА

 

 

 

 

 

 

 

1. Интегральная схема посы-

 

2. Катушка создает пере-

 

 

 

 

3. Магнитное поле взаимодействует с

 

лает сигнал на генератор,

 

менное магнитное поле,

 

 

 

 

катушкой ярлычка. В ней возбужда-

 

вырабатывающий пере-

 

служащее источником

 

 

 

 

ется переменный ток, который за-

 

менный ток для катушки

 

энергии для ярлычка.

 

 

 

 

ряжает конденсатор через диод.

 

считывателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генератор

 

Катушка

 

4. По мере зарядки на конденса-

 

 

 

 

 

 

 

СЧИТЫВАТЕЛЬ

 

 

 

 

 

Флуктуирующие

торе растет напряжение. Когда

 

 

 

 

 

 

оно достигает определенного

 

 

 

 

 

 

 

силовые линии

уровня, включается интеграль-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ная схема, передающая свой

 

Интегральная

 

 

 

 

 

 

 

идентификационный код.

 

 

 

 

 

Энергия

 

 

схема

 

 

 

 

Конденсатор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные

 

 

 

 

 

 

 

 

Ток

 

 

 

 

 

 

 

Диод

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналого-цифровой

 

 

 

 

 

 

 

 

 

преобразователь

 

 

 

 

 

 

 

7. Изменения силы тока в

 

 

 

 

 

Магнитное

 

 

катушке считывателя

6. Транзистор изменяет сопротивление схе-

 

 

поле ярлычка

 

 

регистрируются анало-

 

мы, заставляя ярлычок вырабатывать соб-

 

 

 

 

Транзистор

ЯРЛЫЧОК

 

го-цифровым преобра-

 

ственное магнитное поле, которое взаимо-

 

 

 

 

 

 

зователем. Анализируя

 

действует с магнитным полем катушки счи-

 

5. Единицам и нулям идентификаци-

 

цифровой сигнал, инте-

 

тывателя. Флуктуации магнитного поля

 

 

 

 

гральная схема считы-

 

изменяют ток в катушке считывателя (моду-

 

онного кода ярлычка соответству-

 

вателя распознает

 

ляция нагрузки) в соответствии с последо-

 

ют высокий и низкий уровни циф-

 

идентификационный

 

вательностью единиц и нулей, передавае-

 

рового сигнала, отпирающие и

 

код ярлычка.

 

мых ярлычком.

 

 

 

 

запирающие транзистор.

 

ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СИСТЕМА

 

 

 

 

 

 

 

1. Интегральная схема посыла-

 

2. Электрическое поле распространяюще-

 

ет цифровой сигнал на прие-

 

 

 

гося ВЧ-сигнала индуцирует на дипольной

 

мопередатчик, который гене-

 

 

 

антенне ярлычка разность потенциалов,

 

рирует ВЧ-сигнал, излучаемый

 

 

порождающую ток, который заряжает

 

дипольной антенной.

 

 

 

 

конденсатор через диод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Возникшее на конденсаторе напря-

 

СЧИТЫВАТЕЛЬ

 

 

Дипольная

 

жение включает интегральную схему,

 

 

 

 

 

которая передает на транзистор

 

 

 

 

антенна

 

 

Интегральная

 

 

 

свой идентификационный код в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

схема

 

 

 

 

 

 

 

последовательности высоких и низких

 

 

 

 

 

 

 

 

 

уровней цифрового сигнала, соответ-

 

 

 

 

Энергия

 

ствующих единицам и нулям.

 

 

 

 

Ток

Конденсатор

 

 

 

 

Данные

 

 

 

 

 

 

 

Диод

 

 

 

Приемопередатчик

Отраженный

сигнал

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Приемопередатчик считы-

 

 

 

 

 

 

Транзистор

ЯРЛЫЧОК

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DESIGN

вателя принимает отра-

 

 

 

 

 

 

 

 

женный сигнал, оцифровы-

 

5. Изменения амплитуды отражен-

4. Высокий уровень сигнала отпи-

вает его и передает инте-

 

ного сигнала (модуляция обрат-

 

рает транзистор, а низкий запи-

CHRISTIE

 

 

гральной схеме,

 

ного отражения) соответствуют

 

рает его, вызывая соответствен-

распознающей идентифи-

 

последовательности отпираний

 

но отражение или поглощение

BRYAN

кационный код ярлычка.

 

и запираний транзистора.

 

радиосигнала считывателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в м и р е н а у k и

 

 

 

 

 

 

 

41

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Важнейшее назначение передовой RFID-технологии – быстрое и безошибочное сканирование магазинных тележек, беспорядочно забитых покупками, к которым прикреплены электронные ярлычки.

Ближайшее будущее

96-битный код, выделенный для иден-

RFID-технология прекрасно подходит

тификации каждого RFID-чипа, позво-

для отслеживания товаров на пути от

ляет создать по 50 квадриллионов яр-

предприятий до складов. Возможно,

лыков на каждого человека на Земле.)

в этой области она найдет широкое

Считается, что разместить метку на ка-

применение раньше, чем в магазинах:

ждой единице товара на складе – самая

разработка складских систем не столь

трудоемкая и сложная процедура, кото-

сложна, а у потребителей не будет опа-

рая, впрочем, окупится с лихвой при

сений, что RFID-ярлыки используются

розничной торговле.

для слежения за покупателями. Компа-

RFID-системы «интеллектуальных

ния Wal-Mart намерена потребовать

полок» помогут сэкономить на оплате

от 100 своих крупнейших поставщи-

труда и увеличить объем продаж,

ков размещения высокочастотных

обеспечивая постоянное наличие то-

RFID-чипов на коробках и грузовых

варов. Как только компьютер обнару-

поддонах, поставляемых ими на скла-

жит, что на складе осталось мало того

ды Wal-Mart. С 2005 г. поставщики ми-

или иного товара, он может поставить

нистерства обороны США тоже будут

в известность менеджера или автома-

обязаны использовать высокочастот-

тически направить заказ производи-

ные RFID-метки.

телю. Поскольку RFID-ярлычки можно

Однако розничные торговцы по-

программировать, в них можно запи-

прежнему мечтают о возможном и не-

сать сведения о том, где данная едини-

избежном внедрении RFID-технологии

ца товара была изготовлена и где про-

непосредственно в магазинах. В ходе

дана. К тому же идентификационные

отмененных компанией Wal-Mart испы-

чипы способны оповещать службы

таний планировалось оценить при-

охраны о попытках выноса неопла-

годность «интеллектуальных полок»,

ченного товара из магазина, способ-

оснащенных RFID-считывателями для

ствуя борьбе с кражами, убыток от ко-

отслеживания перемещений миллио-

торых оценивается в $50 млрд. в год.

нов бритв и других продуктов фирмы

Wal-Mart заявила, что прекратила ис-

Gillette c RFID-ярлычками. (В принципе,

пытания RFID-ярлыков в магазинах,

ОБ АВТОРЕ:

Рой Уонт (Roy Want) занимает пост ведущего инженера в исследовательском подразделении компании Intel, где руководит долгосрочной программой тотальной автоматизации. Свою карьеру Уонт начал в исследовательском отделе компании Olivetti с проектирования автоматической системы поиска людей в зданиях. Позднее он возглавил разработку первой контекстно-зависимой компьютерной системы в фирме Xerox PARC. Там же Уонт руководил проектированием встраиваемых систем, работал над применением электронных ярлыков и разрабатывал пользовательский интерфейс для электронных органайзеров. На его счету более 50 патентов в сфере мобильных и распределенных компьютерных систем. Уонт также занимает пост заместителя главного редактора журнала IEEE Pervasive Computing.

чтобы высвободить средства на разработку складской RFID-системы, которая требует меньшего количества ярлыков и нетребовательна к вычислительным средствам. Возможно, это правда. Однако эксперты считают, что далеко не последнюю роль сыграли опасения граждан по поводу вмешательства RFID-систем в частную жизнь. Звучит убедительно, ведь решение WalMart об отмене испытаний было принято примерно в то же время, когда компания Benetton отказалась от пробного внедрения системы учета товаров после того, как ее планы были подвергнуты критике со стороны потребителей и СМИ. Специалисты Benetton хотели оценить способность аппаратуры сканировать контейнеры с одеждой разных цветов, размеров и фасонов и заносить полученные данные в складскую программу, чтобы избавить работников от необходимости проверять каждый предмет вручную.

Испытания складских и магазинных систем учета сегодня проводят компании Procter&Gamble, Canon и International Paper. А прошлой весной германская сеть магазинов Metro открыла «магазин будущего», оснащенный RFID-комплексом с «интеллектуальными полками» и весами с RFID-считывателями, определяющими тип товара. Электронными метками снабжены даже продуктовые тележки, что позволяет следить за движением покупателей по магазину и автоматически сигнализировать о необходимости открытия или закрытия касс. Над проектом для Metro работали американская компания Intel, германский разработчик программного обеспечения SAP,

Hewlett-Packard, Cisco Systems, Philips, а также более 30 других фирм.

42

в м и р е н а у k и

А П Р Е Л Ь 2 0 0 4

CHRIS MCDERMOTT/NOTAGS.CO.UK

 

 

 

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБРАТНАЯ СТОРОНА МЕДАЛИ

 

 

 

 

 

 

Каковы будут социальные последствия повсеместного

циалисты отрасли считают, что и преступники, и агенты го-

 

внедрения RFID-ярлыков и считывателей? Неужели RFID-

сударственных служб смогут воспользоваться более чув-

 

технологию можно использовать для того, чтобы следить

ствительными считывателями для наблюдения за людьми

 

за нами и нашими пристрастиями? Ответить на эти и дру-

в «помеченной» одежде. Частная организация «Потреби-

 

гие острые вопросы необходимо до того, как RFID-систе-

тели против вторжения супермаркетов в частную жизнь

 

мы получат широкое распространение.

 

и нумерования людей» (Consumers Against Supermarket

 

Наибольшее опасение вызывает то обстоятельство,

Privacy Invasion and Numbering) призвала покупателей

 

что RFID-ярлычки на товарах, оплаченных кредитной кар-

всего мира бойкотировать компанию Benetton до тех пор,

 

той, позволяют узнать, какие вещи предпочитает каждый

пока она не откажется от RFID-технологии. Официальные

 

конкретный покупатель – вплоть до цвета, размера, стиля

лица тут же заявили, что, хотя у Benetton уже есть испы-

 

и стоимости покупки. Вооружившись столь подробной

танная RFID-система, ее еще не ввели в эксплуатацию;

 

информацией, маркетологи начнут досаждать потреби-

кроме того, у руководства пока нет твердых намерений

 

телям прицельными рекламными рассылками.

оснащать свою продукцию ярлычками Philips.

 

Есть и другой повод для беспокойства:

 

 

Аналогичный скандал разгорелся

 

 

 

 

RFID-оборудование будет автоматически

 

 

накануне испытаний инвентаризаци-

 

отслеживать все операции купли-прода-

 

 

онной RFID-системы, разработанной

 

жи. На основании электронных журна-

 

 

Wal-Mart в сотрудничестве с фирмой

 

лов можно будет без особого труда вы-

 

 

Gillette. Представители последней пы-

 

яснить, где находился и чем занимался

 

 

тались оправдаться тем, что RFID-яр-

 

тот или иной человек в определенный

 

 

лычки встраиваются не в сами изделия,

 

момент времени. Правоохранительные

 

 

а в упаковку, которую покупатели вы-

 

органы не упустят случая использовать

 

 

брасывают. Однако журналист Деклан

 

информацию, накопленную считывате-

 

 

Маккалах (Declan McCullagh) написал

 

лями и ярлычками, в качестве свиде-

 

 

в своей статье, посвященной конфлик-

 

тельств в суде. В Европе доступ к компью-

 

 

ту: «Не сегодня завтра воры будут про-

 

терным данным такого рода строго

 

 

чесывать улицы с RFID-детекторами

 

ограничен законом о защите информа-

 

 

в поисках коробок от дорогой элек-

 

ции. Аналогичные правовые акты в ско-

 

 

тронной аппаратуры, купленной окре-

 

 

 

 

ром времени будут приняты и в США.

ПРОТЕСТ ПРОТИВ испытаний

стными жителями…»

 

Не менее остро встанет проблема

RFID-технологии в британских

Чтобы исключить такую возможность,

 

сокращения рабочих мест: RFID-систе-

супермаркетах Tesco.

нужно снабдить идентификационные

 

мы возьмут на себя многие обязанно-

 

 

чипы блокираторами, выводящими их

 

 

 

 

сти, которые сейчас выполняются

 

 

из строя сразу после покупки товара.

 

людьми. Вряд ли это понравится профсоюзам. Крупная

Исследовательский консорциум Auto-ID Center, штаб-

 

забастовка, проведенная в 2002 г. на Западном побере-

квартира которого располагается в Массачусетском

 

жье США портовыми рабочими, протестовавшими, в ча-

технологическом институте, рекомендовал предприяти-

 

стности, против чрезмерной автоматизации, может стать

ям розничной торговли обеспечить блокировку RFID-яр-

 

прообразом будущих конфликтов, вызванных внедрени-

лычков после расчета в кассе. Некоторые изготовители,

 

ем RFID-технологии.

 

в частности Alien Technology, Matrics и Philips, уже выпус-

 

 

 

кают электронные метки с блокираторами.

 

Слово защитникам права на частную жизнь

Маккалах предложил четыре требования к использова-

 

Протесты против возможного вторжения RFID-систем в ча-

нию RFID-ярлычков на товарах широкого потребления. Во-

 

стную жизнь потребителей начались в марте 2003 г., когда

первых, покупатели должны быть уведомлены о наличии

 

фирма Philips Semiconductor объявила о поставке компа-

ярлычков на купленных изделиях (для этого можно печа-

 

нии Benetton 15 млн. RFID-ярлычков. Они должны были

тать предупреждение на контрольных чеках). Все ярлычки

 

обеспечить контроль за движением товара на складах

должны быть хорошо видны и легко удаляемы. Они должны

 

и в розничных магазинах одежды Benetton по всему миру.

автоматически блокироваться кассовым аппаратом пос-

 

Согласно заверениям компании, изделия с ярлычками

ле расчета. По возможности идентификаторы должны

 

нельзя отследить за пределами магазинов. Однако спе-

встраиваться в упаковку товара, а не в само изделие.

 

 

 

 

 

 

в м и р е н а у k и

43

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

СЛЕДИТЬ ВСЕГДА, СЛЕДИТЬ ВЕЗДЕ

RFID-система позволяет отслеживать движение продукта, например, кетчупа «Помидор» (название вымышленное), и при необходимости автоматически заказывать его. Рассмотрим один из вариантов реализации системы.

1.На конвейере к каждой банке кетчупа «Помидор» крепится RFID-ярлычок. Считыватель определяет идентификационный код каждого ярлычка и заносит его в список, готовый к отправке в центральную базу данных.

RFID-считыватель

3.На заводе каждая коробка и каждая банка в коробке поочередно сообщают считывателю свои идентификационные коды, которые передаются сетевой компьютерной системе (синие стрелки). Полученные сведения попадают в базу данных, где каждая банка, каждая коробка и каждый поддон привязываются к заводу-изготовителю.

Отправить на оптовую базу

Прикрепление RFID-ярлычка

 

 

2. Поддон, загруженный коробками с кетчупом «Помидор», подготовлен к перевозке.

Кетчуп «Помидор»

4.На оптовой базе считыватель определяет идентификаторы банок и упаковочной тары. Компьютерная система изготовителя сообщает, что содержится в коробках и куда их нужно отправить.

Отправить в Quik Mart

5. Фургон с кетчупом прибывает в супермаркет, где сведения о грузе автоматически заносятся в инвентаризационную систему. Когда запас товара подходит к концу, складская программа автоматически посылает на компьютер изготовителя новый заказ. Если обнаруживается дефектная банка, производитель получает соответствующее уведомление с указанием завода, на котором она была выпущена.

44

в м и р е н а у k и

А П Р Е Л Ь 2 0 0 4

1

2

3

4

5

RFID-считыватель

Закончился кетчуп «Помидор»

происхождение дефектной банки

$11,27

6.В очереди стоять не нужно: пока тележка с покупками проезжает мимо кассы, считыватель определяет их общую стоимость, которую покупатель может проверить и оплатить с помощью карманного компьютера.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Номер метки:

9908 GGH 76

Банка томатного соуса, доставленная из Элизабет

(шт. Нью-Джерси)

Транзитный пункт назначения:

Quik-EE

Конечный пункт назначения:

Quik Martsa

дома

7.Считыватель в холодильнике может сообщить домашнему компьютеру, что кетчуп «Помидор» заканчивается и его нужно внести в список продуктов, которые нужно купить.

Заказать продукты

8.Когда банка будет выброшена, ярлычок подскажет оборудованию пункта переработки отходов, к какой категории она относится.

в м и р е н а у k и

45

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

За горизонтом

Современным инвентаризационным RFID-системам еще очень далеко до вайзеровского «отзывчивого» дома: они не помогают нам в повседневных делах. Действительно, бытовая электроника – микроволновые печи, видеоигры, музыкальные центры, компьютеры и прочие устройства – требуют от нас все больше внимания. Нам приходится настраивать десятки устройств, управлять ими, подключать их друг к другу и разбираться в возникаю-

щих неполадках. Чтобы выставить наручные часы или запрограммировать радиоприемник, мы вынуждены обращаться к инструкции. Чтобы сделать работу электронных систем незаметной, нужна не просто тотальная, но еще и упреждающая автоматизация: аппаратура должна предвосхищать наши желания и нужды и удовлетворять их, не требуя, чтобы сначала мы сами проделали уйму работы.

Для обеспечения глобальной упреждающей автоматизации сети RFID-

ЧТО ЕЩЕ ПРЕДСТОИТ СДЕЛАТЬ

Чтобы антенны могли обмениваться сигналами, ярлычок должен быть расположен определенным образом относительно считывателя. Для устранения этого недостатка можно использовать систему считывателей, охватывающих все возможные ориентации помеченных товаров на полках магазина. Потребуются также специальные протоколы, координирующие работу нескольких считывателей.

RFID-сигналы легко подавляются: на малых расстояниях они ослабляются некоторыми материалами (например, металлической фольгой, широко применяемой для упаковки), а на больших – блокируются самыми обычными предметами, включая тела людей. Инженеры пытаются справиться с этой трудностью, совершенствуя конструкцию антенн в ярлычках и повышая чувствительность считывателей.

При цене от 20 до 30 центов за штуку RFID-ярлычки оказываются дорогим удовольствием для розничной торговли, тем более для дешевых низкоприбыльных товаров. Именно поэтому владельцы супермаркетов на спешат внедрять RFID- технологию. Разработчики электронных ярлычков прилагают немалые усилия, чтобы в ближайшие 5 лет снизить их стоимость до 10, а то и до 5 центов. Некоторые специалисты полагают, что даже при такой цене RFID-ярлычки не по-

 

лучат широкого распространения

 

по крайней мере до 2010 г. Есть и дру-

 

РАЗНООБРАЗИЕ RFID-ярлычков отра-

гое мнение:

чтобы электронные

жает отсутствие единых технологи-

идентификаторы появились на каж-

ческих стандартов.

дой единице товара в бакалейном

 

магазине, их цена должна упасть

 

 

до долей цента, чего, вероятно, при-

 

дется ждать до 2015 г., а то и дольше.

 

• Широкому

внедрению RFID-тех-

 

нологии препятствует разнообразие

 

ярлычков и считывателей. В аппарату-

 

ре разных изготовителей используют-

 

ся совершенно разные частоты, про-

 

токолы и форматы сигналов. Чтобы

 

обеспечить совместимость всех яр-

 

лычков со всеми считывателями, не-

 

обходимо принять единый стандарт.

 

 

 

Над снижением стоимости и стандартизацией RFID-систем работают как отдельные компании, так и консорциум Auto-ID Center совместно с Международной организацией по стандартизации.

считывателей необходимо разместить повсеместно. Специалисты обычно рассматривают два типа упреждающих RFID-сетей, состоящих из системы интерактивных считывателей, которые контролируют множество RFID-ярлычков и передают собранную информацию на удаленные компьютеры.

Сети первого типа представляют собой соединенные кабелями стационарные считыватели, которые питают энергией и опрашивают жестко закрепленные ярлычки, передающие показания встроенных датчиков. При необходимости можно воспользоваться

имобильными считывателями. Например, на мосту ярлычки можно

разместить внутри бетонных элементов или в сочленениях стальных балок, чтобы датчики измеряли механические напряжения и контролировали состояние всей конструкции. Считыватели будут получать питание из обычной электросети или по соединяющим их кабелям, которые также свяжут систему с узлом доступа к Интернету. Все собранные данные будут оперативно передаваться удаленным компьютерам, анализирующим поступающие сведения и в случае необходимости принимающим надлежащие меры.

Сети второго типа состоят как из стационарных, так и из мобильных элементов. Информацию с близлежащих ярлычков, прикрепленных к устройствам или людям, собирают перемещаемые считыватели, питающиеся от электросети или от батарей. Они становятся узлами сети и на небольших расстояниях могут соединяться друг с другом по беспроводным каналам связи, чтобы последовательно передавать данные к интернет-шлюзу.

Можно создать целевую сеть с множеством считывателей, контролирующих сотни ярлыков с датчиками, размещенных на площади в десятки квадратных километров. Такой комплекс сможет обеспечить метеорологов подробной информацией, необходимой для повышения достоверности прогнозов погоды. Если датчики будут одновременно измерять скорость вет-

COURTESY OF ROY WANT

46

в м и р е н а у k и

А П Р Е Л Ь 2 0 0 4

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Резкая критика со стороны потребителей и СМИ вынудила компанию Benetton отменить широкомасштабные испытания магазинной RFID-системы.

ра на большой территории, то компьютер сможет заранее заметить формирование торнадо и заблаговременно выдать предупреждение.

Целевая RFID-сеть в офисном здании способна решать множество задач. Получая информацию от считывателей, опрашивающих датчики

вразных помещениях, центральный компьютер будет поддерживать требуемую температуру и влажность во всем здании, на каком-то одном этаже или в определенной группе комнат. Другие считыватели займутся сканированием опознавательных жетонов персонала и распознаванием ярлычков на портативных компьютерах, чтобы обеспечить сотрудникам безопасный доступ к внутренней вычислительной сети и связать их с коллегами

вдругих частях здания.

Отзывчивая среда

Когда мы будем окружены электронными ярлыками и считывателями, сбудется мечта Вайзера, и автоматизация избавит нас от повседневной суеты. На таком уровне интеграции RFID-тех- нология будет помогать нам даже в мелочах. Например, компьютерные устройства, оснащенные средствами RFID, смогут «говорить» друг с другом и независимо настраивать свои соединения. Если ваш компьютер будет оснащен беспроводным сетевым устройством (например Bluetooth) и RFID-считыва- телем, то, купив, скажем, принтер, вы просто распакуете его, поставите рядом с компьютером, а тот уже сам считает ярлык и автоматически подключит новое устройство, избавив вас от множества нудных диалогов, необходимых при ручной установке.

Область возможного применения RFID-технологии весьма обширна. Специалисты компании Intel работают над системой для людей с ослабленной

памятью. В одном из ее прототипов ярлычками снабжены все предметы, необходимые для приготовления чашки чая. Например, когда больной берет сахарницу и пакетик с чаем, аппаратура определяет их идентификаторы и местоположение, а компьютер делает вывод, что пациенту нужна помощь. Система также контролирует последовательность использования предметов, чтобы своевременно заметить, что больного «заело», и произнести соответствующую речевую подсказку.

Разработкой антитеррористической RFID-системы сейчас занимаются три крупнейшие в мире портовые компании – PSA Corporation, HutchinsonWhampoa и P&O Ports. Грузовые контейнеры будут оснащены скрытыми датчиками, способными обнаруживать радиоактивные, химически и биологически опасные вещества. На сегодня система позволяет регистрировать только незаконное вскрытие контейнеров. В будущем на каждом этапе транспортировки считыватели будут опрашивать встроенные датчики, сообщающие даже о кратковременном присутствии подозрительных веществ.

Со временем извлекать данные из RFID-ярлыков смогут и электронные органайзеры (Personal Digital Assistants, PDA). С идентификационно-

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА:

го чипа на табло железнодорожной станции карманный компьютер считает веб-адрес электронного расписания поездов. Направив PDA на вывеску риэлтора, вы без труда получите гиперссылку на детальную информацию

опродаваемой недвижимости.

Еще далеко не все технические труд-

ности преодолены. Пройдут годы, а может, и десятилетия, прежде чем мы сможем вкусить плоды полноценной реализации вездесущих RFID-систем. Однако по мере их развития мы будем все отчетливее замечать, как эта технология в сочетании с Интернетом помогает компьютерам воспринимать окружающий мир и реагировать на происходящие в нем события.

В 1991 г. Вайзер писал на страницах

Scientific American: «Гуляя по лесу, мы можем получить больше информации, чем содержится в любой компьютерной системе, но среди деревьев мы отдыхаем, а компьютеры утомляют нас. Когда машины органично впишутся в нашу среду и перестанут требовать от нас погружения в мир техники, тогда пользование компьютерами станет таким же приятным, как прогулка по лесу». В принципе, RFID-технология может сделать автоматизацию всеобъемлющей и ненавязчивой – поистине такой же приятной, как моцион на природе.

The Computer for the 21st Century. Mark Weiser in Scientific American, Vol. 265, No. 3, pages 66 – 73; September 1991.

Ubiquitous Electronic Tagging. Roy Wont and Dan M. Russel in IEEE Distributed Systems Online, Vol. 1, No. 2; September 2000.

Connecting the Physical World with Pervasive Networks. Deborah Estrin, David Culler, Kris Pister and Gaurav Sukhatme in IEEE Pervasive Computing, Vol. 1, No. 1, pages 59 – 69; January – March 2002.

Comparing Autonomic and Proactive Computing. Roy Want, Trevor Pering and David Tennenhouse in IBM Systems Journal, Vol. 42, No. 1, pages129 –135; January 2003. The RFID Handbook. Klaus Finkenzeller. John Wiley and Sons, 2003.

в м и р е н а у k и

47

атомы ПРОСТРАНСТВА

И ВРЕМЕНИ

Ли Смолин

Если удивительная теория петлевой квантовой гравитации верна, то пространство и время, воспринимаемые нами как непрерывные, на самом деле состоят из дискретных частиц.

DUSAN PETRICIC

48

в м и р е н а у k и

А П Р Е Л Ь 2 0 0 4

 

 

 

 

C древних времен некоторые филосо-

нения в природе или мир развивается

Кванты

 

фы и ученые предполагали, что материя

крошечными скачками, действуя слов-

Вместе с моими коллегами мы развива-

может состоять из крошечных атомов,

но компьютер?

ли теорию петлевой квантовой гравита-

но еще 200 лет назад мало кто верил, что

За последние 16 лет ученые заметно

ции (ПКГ), пытаясь разработать долго-

их существование можно доказать.

приблизились к ответам на эти вопро-

жданную квантовую теорию тяготения.

Сегодня мы наблюдаем отдельные ато-

сы. Согласно теории со странным назва-

Чтобы объяснить исключительную важ-

мы и изучаем частицы, их составляю-

нием «петлевая квантовая гравитация»,

ность последней и ее отношение к дис-

щие. Зернистое строение вещества для

пространство и время действительно

кретности пространства

и времени,

нас уже не новость.

состоят из дискретных частей. Расчеты,

я должен немного рассказать о кванто-

В последние десятилетия физики

выполненные в рамках этой концеп-

вой теории и теории гравитации.

и математики задаются вопросом: не из

ции, описывают простую и красивую

Появление квантовой

механики

дискретных ли частей состоит про-

картину, которая помогает нам объяс-

в первой четверти ХХ в. было связано

странство? Действительно ли оно не-

нить загадочные явления, относящиеся

с доказательством, что материя состоит

прерывно или больше похоже на кусок

к черным дырам и Большому взрыву.

из атомов. Квантовые уравнения требу-

ткани, сотканной из отдельных воло-

Но главное достоинство упомянутой

ют, чтобы некоторые величины, такие

кон? Если бы мы могли наблюдать чрез-

теории заключается в том, что уже в бли-

как энергия атома, могли принимать

вычайно малые объекты, то увидели бы

жайшем будущем ее предсказания мож-

только определенные дискретные зна-

атомы пространства, неделимые мель-

но будет проверить экспериментально:

чения. Квантовая механика в точности

чайшие частицы объема? А как быть со

мы обнаружим атомы пространства,

описывает свойства и поведение ато-

временем: плавно ли происходят изме-

если они действительно существуют.

мов, элементарных частиц и связыва-

в м и р е н а у k и

49

ФИЗИКА

ющих их сил. Самая успешная в истории

 

 

Расчеты, проведенные в 1960-х и 1970-х

науки квантовая теория лежит в основе

 

 

гг., свидетельствовали о том, что кванто-

нашего понимания химии, атомной

 

 

вую механику и общую теорию относи-

и субатомной физики, электроники и

 

 

тельности

объединить

невозможно.

даже биологии.

 

 

Казалось, ситуацию может спасти только

В те же десятилетия, когда зарождалась

 

 

введение совершенно новых постулатов,

квантовая механика, Альберт Эйнштейн

 

 

дополнительных частиц,

полей или

разработал общую теорию относитель-

 

 

объектов иного рода. Экзотика единой

ности, которая представляет собой тео-

 

 

теории должна проявляться только в тех

рию гравитации. Согласно ей, сила тяго-

 

 

исключительных случаях, когда сущест-

тения возникает в результате изгиба про-

 

 

венными становятся и квантово-механи-

странства и времени (которые вместе

 

 

ческие, и

гравитационные эффекты.

образуют пространство-время) под дей-

 

 

В попытках достижения компромисса

ствием материи. Представьте себе тяже-

 

 

родились такие направления, как теория

лый шар, помещенный на резиновый

 

 

твисторов, некоммутативная геометрия

лист, и маленький шарик, который ката-

 

 

и супергравитация.

 

ется вблизи большого. Шары можно рас-

 

 

Большой популярностью у физиков

сматривать как Солнце и Землю, а лист –

 

 

пользуется теория струн, согласно кото-

как пространство. Тяжелый шар создает

ПРОСТРАНСТВО соткано из отдельных

рой помимо трех хорошо известных

в резиновом полотне углубление,

нитей.

пространственных измерений есть еще

по склону которого меньший шарик ска-

 

 

шесть или семь, которые до сих пор ни-

 

 

тывается к большему, как будто некото-

 

 

кому не удавалось заметить. Теория

рая сила – гравитация – тянет его в этом

лишь при каких-то экстраординарных

струн также предсказывает существова-

направлении. Точно так же любая мате-

обстоятельствах.

ние множества новых элементарных

рия или сгусток энергии искажают гео-

Помимо отсутствия эксперименталь-

частиц и сил, наличие которых еще ни

метрию пространства-времени, притя-

ных данных существует огромная кон-

разу не было подтверждено наблюдени-

гивая частицы и световые лучи; это явле-

цептуальная проблема: общая теория от-

ями. Некоторые ученые полагают, что

ние мы и называем гравитацией.

носительности Эйнштейна полностью

она является частью так называемой

По отдельности квантовая механика и

классическая, т.е. неквантовая. Для обе-

М-теории, но, к сожалению, никакого

общая теория относительности Эйн-

спечения логической целостности физи-

точного ее определения пока предложе-

штейна экспериментально подтвержде-

ки нужна квантовая теория гравитации,

но не было. Поэтому многие специали-

ны. Однако еще ни разу не исследовался

объединяющая квантовую механику с об-

сты убеждены, что следует изучить име-

случай, когда можно было бы проверить

щей теорией относительности в кванто-

ющиеся альтернативы. Наша петлевая

обе теории одновременно. Дело в том,

вую теорию пространства-времени.

квантовая теория гравитации – наибо-

что квантовые эффекты заметны лишь

Физики разработали множество мате-

лее развитая из них.

 

в малых масштабах, а для того, чтобы

матических процедур для превращения

 

 

 

стали заметны эффекты общей теории

классической теории в квантовую. Мно-

Большая лазейка

 

относительности, требуются большие

гие ученые тщетно пытались применить

В середине 1980-х гг. мы вместе с Аби

массы. Объединить оба условия можно

их к общей теории относительности.

Аштекером (Abhay Ashtekar), Тэдом Дже-

 

 

 

кобсоном (Ted Jacobson) и Карло Ровел-

 

 

 

ли (Carlo Rovelli) решили еще раз попы-

ОБЗОР: КВАНТОВОЕ ПРОСТРАНСТВО-ВРЕМЯ

 

 

таться объединить квантовую механику

* Чтобы изучить структуру пространства в мельчайшем масштабе, нужно обра-

 

и общую теорию относительности с по-

титься к квантовой теории гравитации, поскольку согласно общей теории относи-

 

мощью стандартных методов. Дело

тельности тяготение возникает вследствие искривления пространства и времени.

 

в том, что в отрицательных результатах,

* Объединяя фундаментальные принципы квантовой механики и общей теории от-

 

полученных в 1970-х гг., оставалась важ-

носительности, физики разрабатывают теорию петлевой квантовой гравитации.

 

ная лазейка: при расчетах предполага-

Допустимые квантовые состояния пространства они изображают в виде спино-

 

лось, что геометрия пространства не-

вых сетей, а квантовое пространство-время – в виде спиновой пены.

 

прерывная и гладкая независимо от то-

* Согласно теории петлевой квантовой гравитации, пространство-время дискрет-

 

го, насколько детально мы исследуем ее.

но. Объем кванта пространства примерно равен длине Планка в кубе, т.е. 10 –99 см3.

 

Точно так же люди рассматривали веще-

Квант времени длится 10 –43 с (время Планка). В ближайшем будущем проявления

 

ство до открытия атомов.

 

дискретности пространства-времени будут обнаружены экспериментально.

 

Итак, мы решили отказаться от кон-

 

 

 

цепции гладкого непрерывного про-

 

 

 

DUSAN PETRICIC

50

в м и р е н а у k и

А П Р Е Л Ь 2 0 0 4

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]