Китайский хирургический робот
Гугл перевод:
Автор: Шэнь Чунлей
Источник: Китайский научный журнал
Опубликовано: 15 июля 2023 г., 23:59:04
«Эта пара роботизированных рук на самом деле чистит сырую скорлупу от перепелиных яиц!»
Хирургический робот с одним отверстием очищает сырую яичную скорлупу. Фото Шэнь Чунлей
6 июля в выставочном зале Пекинской компании Shurui Robotics Co., Ltd. (далее Shurui) репортер China Science Daily познакомился с «лапароскопической хирургической системой с одним отверстием» производства Shurui. . 20 июня эта система была одобрена Государственным управлением по лекарственным средствам для продажи.
Компания Shurui была основана командой Сюй Кая, директора Центра биомедицинских производственных технологий Института трансляционной медицины Шанхайского университета Цзяотун. В апреле этого года Shurui объявила о завершении раунда финансирования C3 в размере сотен миллионов юаней. Этот раунд финансирования, возглавляемый Loyal Valley, будет использоваться для продвижения клинических испытаний и маркетинга существующих продуктов Shurui в нескольких отделах в стране и за рубежом, а также для исследований и разработок продуктов нового поколения.
От команды основателей из 5 человек в 2017 году до команды R&D из почти 100 человек, Сюй Кай вздохнул, что «для предпринимательства нет выхода, это сложнее, чем быть профессором», и он возглавил команду по продвижению отечественной эндоскопии. хирургические роботы с одним отверстием.
Предпринимательство сложнее, чем быть профессором
После получения степени бакалавра в 2001 году Сюй Кай продолжил обучение на степень магистра на факультете точных инструментов и механики Университета Цинхуа, исследуя роботов-гуманоидов. Однако гуманоидные роботы в то время еще не продемонстрировали коммерческой ценности и технически не преодолели трудности двуногой ходьбы. В 2004 году Сюй Кай получил степень магистра технических наук в Университете Цинхуа и поступил в Колумбийский университет, чтобы продолжить учебу.
В то время хирургический робот да Винчи, разработанный американской Intuitive Surgical Corporation, не только провел первую операцию на простате, но и создал миф об «очень малой кровопотере» и быстро превратился в незаменимый хирургический инструмент в урологии.
С помощью робота да Винчи точность хирургической резекции и наложения швов рака предстательной железы была увеличена примерно с 5 мм до примерно 1 мм, что позволило сохранить нервную ткань пациента. «Роботы Да Винчи могут монополизировать рынок на 15–20 лет», — слова научного руководителя Сюй Кая, профессора Колумбийского университета Рассела Тейлора, заставили его тайно решиться на разработку нового поколения хирургических роботов.
В 2007 году Сюй Кай стал главным разработчиком проекта по исследованию и разработке однопортового лапароскопического минимально инвазивного хирургического робота в Колумбийском университете, исследуя, как завершить хирургическое лечение с меньшей травмой. В 2009 году Сюй Кай вернулся в Китай и присоединился к Шанхайскому университету Цзяотун, чтобы продолжить свои исследования.В 2013 году он успешно освоил технологию «механизма двойного континуума», а затем запустил однопортовый лапароскопический малоинвазивный хирургический робот.
После того, как основные технические проблемы были решены, Сюй Кай и его команда арендовали офис площадью 70 квадратных метров, чтобы начать свой бизнес. «Трудность в наборе людей» — первая предпринимательская проблема, с которой столкнулся Сюй Кай: «Если зарплата слишком низкая, люди не придут, а если зарплата слишком высокая, люди не осмелятся прийти, если они боятся банкротства в Следующий год."
«Предпринимательство сложнее, чем быть профессором», — сказал Сюй Кай, — «То, насколько далеко может зайти предпринимательское предприятие, зависит от скорости и высоты когнитивного совершенствования предпринимателя. линии фронта, очень вероятно, что даже самый элементарный набор не может быть осуществлен, и невозможно построить сильную команду».
Когда однопортовый лапароскопический минимально инвазивный хирургический робот завершил клинические испытания, Сюй Кай не был слишком взволнован, потому что он очень хорошо знал, что по сравнению с 1,2 миллионами операций, выполняемых хирургическим роботом Да Винчи каждый год, клинические испытания хирургический однопортовый хирургический робот Эксперимент — это только первый шаг к индустриализации.
Развиваем ловкие роботизированные руки
Как известно, длительные хирургические операции являются экстремальным испытанием на устойчивость и физическую силу рук врача, однажды дрожащая от усталости рука может нанести вред пациенту.
Лапароскопический хирургический робот с одним отверстием производства Shurui в основном состоит из двух частей: основной консоли и операционного стола. Врачу нужно всего лишь сесть перед основной консолью и использовать две качельки на пальцах, чтобы дистанционно управлять «манипулятором» на операционном столе, чтобы выполнить ряд операций по отслаиванию, разрезанию, наложению швов и другим задачам.
«Когда джойстик получает действие врача и передает его хирургической роботизированной руке, технология искусственного интеллекта также может помочь ему отфильтровать легкие дрожания руки, уменьшить количество кровотечений и хирургических повреждений и, таким образом, выполнить операцию более стабильно. и точно", - сказал менеджер China Science Daily Ху Хуэйхуэй.
Ху Хуэйхуэй указал на манипулятор, который очищал скорлупу сырых перепелиных яиц, и представил репортеру: «Толщина скорлупы перепелиных яиц составляет около 0,17 мм. Человеческим рукам трудно отделить яичную скорлупу от яичной оболочки, когда яйцо сырое. , Полость брюшины, которую мы разработали. Эндоскопический хирургический робот с одним отверстием обладает сверхвысокой стабильностью и точностью и может выполнять многие, казалось бы, невозможные задачи, такие как очистка сырой яичной скорлупы».
Традиционная абдоминальная хирургия обычно требует разреза или просверливания нескольких отверстий в месте операции, и вставляются различные инструменты, которые взаимодействуют друг с другом для «борьбы». Можно ли сделать сложную операцию только с одним отверстием?
Ху Хуэйхуэй объяснил, что, хотя было сделано только одно отверстие, мы спрятали робота для лапароскопической хирургии с одним отверстием и змеевидными хирургическими инструментами из никель-титанового сплава в этом выдвигающемся устройстве-оболочке, которое включает в себя эндоскоп и три хирургических инструмента. После того, как оболочка входит в тело пациента через одно отверстие, эти черные хирургические руки в форме «змеи» могут быть быстро разделены, чтобы работать независимо друг от друга и взаимодействовать друг с другом.
Польза для врачей и пациентов
В начале 2019 года первый раунд финансирования Shurui возглавил Shunwei Capital, а затем Shunwei Capital продолжил привлечение средств в раундах B и C. Помимо Shunwei Capital, Shurui также получила эксклюзивные стратегические инвестиции в раунде B+ от Medtronic China Fund и дополнительные инвестиции в раунде C. В последние годы, привлекая множество звездных учреждений, Shurui также ускоряет темпы финансирования. К 2022 году Shurui будет завершать раунд финансирования практически каждые шесть месяцев.
Понятно, что за полмесяца до объявления о завершении раунда финансирования C3 Shurui подписала соглашение о листинге с CITIC Securities, официально начав процесс IPO A-акций. Согласно анализу соответствующих инвесторов, хирургические роботы являются направлением с высокими инвестициями.По мере того, как продукт выходит на позднюю клиническую стадию, затраты на исследования и разработки, а также расходы на коммерциализацию быстро растут.
Как ведущий инвестор этого раунда финансирования, Zhengxingu сказал, что основной технологией Shurui является манипулятор в форме змеи, который обладает большей гибкостью и грузоподъемностью, чем роботизированный манипулятор с жесткой стальной проволокой традиционных хирургических роботов, и решает Проблема в то же время.«Эффект палочки для еды» традиционной операции с одним отверстием устранен.
Сюй Кай сказал: «Нам нужно не только продавать хирургические роботы с одним отверстием, но и обеспечивать их безопасное использование в операционной. Это очень сложная задача, и она не может быть небрежной».
В апреле 2022 года Сунь Давэй, профессор кафедры акушерства и гинекологии больницы Пекинского объединенного медицинского колледжа, и его команда использовали хирургического робота с одним отверстием, чтобы проделать отверстие в пупке, и успешно удалили кисту яичника у 32 женщин. Пациентка, 1 года, через два дня выписана из стационара.
«Вся операция заняла 35 минут, кровотечение составило 5 мл, а пупочная ранка пациента после операции была 2,5 см». качество жизни пациента.
2 марта этого года, когда Чжэн Ин, профессор Второй больницы Западного Китая Сычуаньского университета, и Чжан Вэй, профессор больницы Чжуннань Уханьского университета, успешно завершили стадирование рака эндометрия, диапазон клинического применения хирургического вмешательства с одним отверстием робот был успешно расширен до гинекологических злокачественных новообразований в области онкологии. По состоянию на июнь этого года Shurui завершила регистрационное клиническое испытание в гинекологии, проводя регистрационное клиническое испытание в общей хирургии, а также изучала применение хирургических роботов с одним отверстием в педиатрии.
Ху Хуэйхуэй сказал: «Хирургический робот Surui с одним отверстием не только сводит к минимуму хирургические раны и максимизирует защиту органов, но также значительно снижает трудоемкость врачей. В будущем Shurui продолжит более тесное сотрудничество с передовыми медицинские работники. Сотрудничайте, чтобы принести пользу врачам и пациентам».
Заявление об авторских правах: Для всех работ на этом веб-сайте с пометкой «Источник: China Science Journal, Science Net, Science News Magazine», веб-сайт перепечатывает, пожалуйста, указывайте источник и автора в верхней части текста, и никакие существенные изменения в содержании не вносятся. разрешено; общедоступный номер WeChat, Toutiao и другие новые медиа-платформы, обращайтесь за разрешением на перепечатку. Электронная почта: shouquan@stimes.cn.
Видео 2020 года, явный прогресс за 3 года:
Гусары, молчать!
В Китае изобрели гаджет для поцелуев на расстоянии Китайский стартап Siweifushe разработал гаджет MUA, который способен передавать данные о поцелуе, собранные через датчики движения на силиконовых губах. Также он воспроизводит звук и слегка нагревается во время поцелуя, пишет Reuters. Стоимость MUA составляет $38. За две недели после выпуска фирма продала более 3 000 таких гаджетов и получила около 20 000 заказов.
Если вы профи в своем деле — покажите!
Такую задачу поставил Little.Bit пикабушникам. И на его призыв откликнулись PILOTMISHA, MorGott и Lei Radna. Поэтому теперь вы знаете, как сделать игру, скрафтить косплей, написать историю и посадить самолет. А если еще не знаете, то смотрите и учитесь.
Проект является реализацией стратегических инициатив в жилищно-технической сфере
Я решил развить до нового уровня собственную критически важную технологию, которая позволит не только экономить воду, но и повысить физическую подготовку потребителей:
Представляю вашему вниманию полностью автономный унитаз, который работает без воды.
Уникальная технология позволит сэкономить до 30 тысяч рублей в год в среднестатистической семье и это не считая экономию при отказе от фитнес залов.
Так же если увеличить длину конвейерной ленты можно обеспечить доставку фекалий на приусадебный участок или до предприятий производящих удобрения.
Гравицапа для бизнеса. Часть 1 (Bluetooth-маяки)
«Пацак пацака не обманывает, это некрасиво, родной...»
«Кин-дза-дза!», 1986 г, Мосфильм
Цикл статей: "Гравицапа для бизнеса"
Автор:Фабрин Максим
Должность: Руководитель отдела разработки, внедрения и развития ПО
«Лавка Технологий»
Время чтения:~5 минут
Описанные события могут быть приукрашены, но отличаются технической точностью и достоверностью :)
Все совпадения с реальными людьми или компаниями случайны.
Ку, Товарищи!
Добро пожаловать в цикл обучающих статей для обычных менеджеров по реальным технологиям в бизнесе.
5 минут приятного чтения и вы шарите в 1 технологии не хуже, чем Илон Маск в своих ракетах!
Как говорил Эйнштейн:
«Если вы не можете объяснить пятилетнему ребенку свою мысль, значит, вы сами ее не очень то понимаете.»
К сожалению, именно это и приходится чаще всего видеть, когда к нам приходят чудо-продажники с новой гравицапой. :)
Начну с рассказа о том, как мне продавали Bluetooth-маяки в далеком 2019 году, как мы их на самом деле внедряли в реальный бизнес, разбирались в нюансах работы и какие выводы сделали из танцев с бубнами по итогу.
Итак,
Поступил мне звонок от условного Алексея из компании ООО «Роги-Ноги».
Откуда у него мой телефон я уточнять не стал, так как мне сходу предложили уникальные устройства, которые буквально перевернут мой взгляд на управление персоналом!
Божечки-кошечки, ну как тут устоять?
Шлите описание, прайс и презу :)
Знаю многих менеджеров, которые сходу говорят
«нам ничего не надо, мы сами с усами» - это вы зря ребята, серьезно.
Бредовые предложения могут рождать ценные идеи, что у нас и произошло, кстати.
Но обо всем по порядку…
Приходит преза, которую явно лепили на коленке три разных человека.
Над дизайном работал пьяный мастер – ему отдельный респект, глаза вытекли на пол и болели до вечера.
Примерное описание презы:
Мы молодцы – продаем огурцы!
На рынке с 862 года, продавали еще самому Рюрику!
Личная подпись Рюрика есть на этом нечитаемом слайде.
Подробности по телефону ………….
В целом, как и у большинства стартапов – много о себе и ничего по делу. Но картинки заинтересовали, попахивает чем-то новым.
Звоню менеджеру, напрашивается на личную встречу...
Открыл календарь,
всплакнул,
нашел пол часа на демонстрацию их вундервафли.
Приезжают два менеджера. Нарядные, красивые – все как положено.
Ну думаю, сейчас будет Цирк Дюсалей!
Достал попкорн и стал ждать чуда.
Жгите, ребята! :)
Достают черные брелоки а-ля сигнализация для машины, кладут на стол, улыбаются.
Номерки какие-то на каждом.
«Вот, - говорят, – уникальная ВундерВафля!»
Предлагаю поведать, что же это за диво-дивное, раз для его описания нужно аж 2 специалиста?
Мне начинают что-то втюхивать про триангуляцию сигналов, какие-то там килогерцы/мегагерцы и прочее в том же духе…
Прикидываюсь ветошью и прошу объяснить попроще – не могут.
Не ребят, так вы слона не продадите :)
Давайте демонстрацию, может так получится.
Брелочки раскладывают по углам переговорки, включают телефон у сотрудника и…ничего...
Где салют?
Акробаты?
Вой дикой белки в безбрачный период в конце концов...
Кто ж так продает, грусть сплошная…
Лишь вижу на их телефоне унылое передвижение точки между брелочками.
Ни тебе выгоды для бизнеса,
ни плана внедрения,
ни сроков окупаемости...
Просто точка бегает между брелочками...
Мда…
Спасибо за потраченные 30 минут, если будет интересно – созвонимся еще раз через 100 лет.
Пару дней прошло как обычно, я уже даже стал забывать эту историю, но пришел новый тендер.
Кратко:
-Замер категории
-Срок сдачи через месяц
-Нужно понять эффективность работы
Таймер + Аудитор над душой – это как-то не комильфо уже, нужно что-то интересное предлагать.
Технологичное и современное, не каменный же век.
Кратко расскажу, как плохие компании обычно делают замеры:
1) Составляется чек-лист с интересными для Клиента пунктами
2) Аудитор с секундомером приходит в точку и начинает стоять над душой сотрудника
3) Сотрудник, чувствуя скорое увольнение, пытается сделать все как надо и максимально быстро
Как итог – цифры не отражают реальность от слова «совсем», потому что в реальной жизни сотрудник работает совсем иначе.
Но многие компании любят такой подход, когда нужно доказать, что сотруднику требуется меньше времени на выполнение работы.
Нервы + адреналин хорошо ускоряют работу и создается ощущение непредвзятости наблюдателя.
Но это уже не про бизнес…это подгонка под нужный результат :)
А как же делают хорошие компании?
Все верно – аудитор ведет тайный замер,
либо посредством записей с видеокамер (редко),
либо посредством наблюдения под видом покупателя (наиболее часто).
Но там есть свои подводные камни, если интересно подробнее узнать – обращайтесь в личку, расскажу обязательно.
Итак,
Есть кейс, в котором Тайного аудитора нужно заменить на что-то новое, технологичное и уникальное, сформировав при этом коммерческую ценность для Клиента.
Технологию перед пилотом у Клиента надо проверить, убедиться, что все работает так, как положено.
Мы же не турецкий рынок, продавать барахло под видом Скифского Золота :)
Погуглил,
У всех под копирку «человек с часами – ваш лучший друг».
Часы…человек…часы...человек …человек между часами…бинго!
«Бегающая точка между брелоками»!
Где-то там был номер Алексея...
Звоню, прошу привести пробную партию маячков на тест.
ТЕСТИРОВАНИЕ
Тест, день 1:
Бегаю по офису - ставлю "жучки".
Служба безопасности офиса косится, но ничего пока не говорит.
Тест, день 2:
Аудит у полевого сотрудника.
Раскладываю на полке магазина 3 маяка.
Ставлю приложение, провожу тест, забираю маяки, ухожу.
Сотрудник так и не понял зачем я приходил - слооожнаа :)
ИТОГ
Bluetooth-маяки оказались интересными устройствами, которые позволяют определить местоположение человека в закрытой комнате (InDoor-навигация).
Для работы системы нужно минимум 3 маяка.
Действуют они примерно так:
Маяк кричит в сторону смартфона:
«Я тут! Время 17:00:00»
И смартфон записывает так каждый маяк.
Именно так определяется зона (треугольник) в которой находится смартфон. Зовется это умным словом Триангуляция.
Сразу забудьте это слово, оно вам не нужно. :)
И так же, кстати, работают вышки сотовой связи при определении вашей геолокации.
Для работы маяков требуется специальная программа и специальные датчики.
Так же требуется установить на телефон приложение и включить Bluetooth (через него же работают AirPods, между прочим).
Самое интересное,
что помимо этого требуется калибровка устройств, то есть прежде, чем поставить приложение на телефон сотрудника, к вам в гости приедет специалист и будет блуждать по объекту и записывать данные.
Об этом часто умалчивают при продаже технологии, но мы рассказываем как есть, по ЧестноПионерскому :)
А что же с точностью определения местоположения?
Интересный факт,
ракета Искандер попадает в цель с расстояния в 180 км с точностью чуть более 10 см.
А вот Bluetooth-маяки на расстоянии менее 50 метров обеспечивает точность определения координат с разбросом в 50 см, забавно :)
Еще один интересный нюанс, Bluetooth сигнал – это волна.
И как все волны, Bluetooth сигнал может отражаться от поверхностей и создавать эхо.
Это эхо может приходить с разных сторон и в разное время и очень сильно искажать сигнал.
Выгоды Клиента:
Любой минус – это плюс, вопрос лишь в правильном использовании минуса.
Все, кто хоть раз участвовал в тендере, меня поймут.
Подготовка КП потребовала серьезной проработки механики использования технологии, описания элементов, деталей и т.п.
2 литра кофе и бинго, все готово :)
Вышло как-то так:
1) Система регистрирует передвижение сотрудника с точностью до 50 см (1 полка).
2) Система позволяет оценить, сколько времени продавец провел у определенной категории товаров.
3) Система аналитики позволяет выявить персонал, который работает менее эффективно.
Плюсы Клиента ясны и прекрасны, как летний день:
1) Определение самых затратных по времени обработки категорий и привлечение к этим полкам мерчендайзеров поставщика товаров.
2) Выявление лентяев среди своих сотрудников и их замена.
3) Выявление зон простоя и их устранение.
4) Ведение учета работы сотрудников в «фоновом» режиме.
Короче все самое сладкое, что напрямую влияет на фонд оплаты труда и экономию средств на нем.
Как бонус – снижение OOS и радость поставщика, что его пустили к полке выставлять товар.
Естественно, что такого никто кроме нас не смог предложить, и мы прошли в Пилот со свистом :)
ПИЛОТ:
Мы убедили Клиента не жадничать и предоставить для пилота 3 магазина, вместо 1.
Совесть не позволяет продавать Клиенту услугу по итогу которой он явно получит нулевой выхлоп,
WIN-WIN никто не отменял.
Что даст информация с 1 магазина?
Ни-Че-Го...
А вдруг в этом магазине работают черепашки?
Или наоборот все на Red Bull летают?
Надо бы, кстати, брать деньги за рекламу энергетиков :)
Клиент адекватный – аргументы услышал, принял.
Итого в пилоте:
2 магазина с их сотрудниками,
1 фокусный магазин с нашими сотрудниками.
И мы, и Клиент в предвкушении результатов укрылись в теплых офисах.
ИТОГИ ПИЛОТА:
Тезис 1: Сотрудники много курят.
Тезис 2: Сторонние сотрудники работают чуточку эффективнее, но не сразу.
Тезис 3: Некоторые категории товаров неприятно удивили затратами времени и нас, и Клиента.
Тезис 4: Иногда проблема кроется в логистике на складе :)
Эффективен ли оказался инструмент?
Безусловно!
Особенно при грамотном использовании данных и визуализации информации.
Возможно ли изготовить такие устройства самостоятельно?
Скорее нет, чем да.
Ведь основная фишка даже не в маячках, а в программе, которая обрабатывает данные с них.
Остальное скрыто под туманом NDA :)
_/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\__/\_
Остались вопросы?
Welcome в личку или коменты :)
Фабрин Максим,
Руководитель отдела разработки, внедрения и развития ПО
«Лавка Технологий»
Как работает Wi-fi. Часть 1. История беспроводных сетей
На фотографиях выше изображены Джордж Антейл и Хеди Ламарр — два деятеля культуры (композитор и актриса) и по совместительству изобретатели. В определенных кругах эта пара известна своей концепцией передачи информации по радио, которая впоследствии нашла применение в Wi-fi, GPS, Bluetooth и… Короче, много где.
Во время Второй мировой войны Хеди и Джордж предложили систему для дистанционного управления торпедами. Как не иронично, основной проблемой управляемых торпед того времени была их система управления. Она работала на одной частоте, и если противник обнаруживал угрозу, то «бил» по слабому месту торпеды: отправлял помехи на несущей частоте.
Идея новаторов заключалась в том, чтобы отправлять сигнал частями на разных частотах.
Сейчас эта концепция известна как псевдослучайная перестройка рабочей частоты. Технически синхронизацию частот предлагалось осуществлять с помощью пружинных двигателей. Ребята даже получили патент на свою разработку и предложили её армии США, но идею реализовали только в 60-х годах, уже после окончания действия патента.
Порой Хеди Ламарр называют «изобретательницей Wi-fi». Но, пожалуй, такой титул несколько преуменьшает вклад других, не менее значимых открытий, которые позволяют сидеть в интернете без провода. О том, как создавалась и развивалась технология Wi-fi, читайте под катом.
Исторические предпосылки
Первые технологии беспроводной передачи информации возникли в доисторическую эпоху. Дымовые, световые и огненные сигналы, зеркала, сигнальные выстрелы и флаги — все это появилось задолго до изобретения телеграфа и телефона.
Невидимый свет
В 1880-х годах Генрих Рудольф Герц экспериментально доказал существование электромагнитных колебаний в свободном пространстве, а также сделал первые хорошо задокументированные передачи волн. Изыскания Герца в области радиоволн продолжили Оливер Лодж, Никола Тесла и Джагадиш Чандра Бос.
В 1884 году на публичной демонстрации в ратуше Калькутты Бос эффектно продемонстрировал работу микроволнового излучения. Используя волны миллиметрового диапазона, он сумел поджечь порох и позвонить в звонок на расстоянии. Впоследствии в эссе «Невидимый свет» Бос напишет: «Невидимый свет может легко пройти через кирпичные стены, здания и т. д. Поэтому с его помощью могут быть переданы сообщения без проводов».
Джагадиш Чандра Бос в Лондонском королевском институте
Подобные опыты проводили Александр Попов и Гульельмо Маркони. Последний смог предоставить первый коммерчески пригодный аппарат для беспроводной дальней телеграфии.
Метод изменения частот
В 1903 году Никола Тесла запатентовал систему, в которой передатчик и приёмник синхронно переключались между двумя каналами. Таким образом, Тесла стал автором первого известного метода изменения частот для борьбы с помехами. Новинка нашла практическое применение в 1915 году — немецкие военные начали использовать радиоприемник с изменяющимися частотами, чтобы избежать прослушки со стороны британцев.
Примечательно, что уже в начале 20-го века Тесла смог описать развитие технологии, которая приведет к беспроводному интернету. Он предложил концепцию так называемой «Всемирной Беспроводной Системы» — системы телекоммуникаций и передачи электроэнергии в глобальном масштабе. Тесла писал: «Мы сможем мгновенно связаться друг с другом… видеть и слышать друг друга так же хорошо, как если бы мы находились лицом к лицу… И инструменты, с помощью которых мы будем общаться… человек сможет носить в кармане жилета».
Башня Ворденклиф, задуманная Николой Теслой как телекоммуникационный объект «Всемирной Беспроводной Системы»
Развитие беспроводной связи между ЭВМ
В 1968 ученые Гавайского университета начали работу над проектом THE ALOHA SYSTEM. Основной целью проекта была проверка возможности использования радиосвязи вместо проводных соединений для объединения компьютеров в одну сеть.
Немного о контексте. Сам проект реализовывался на Гавайских островах — архипелаге в центральной части Тихого океана. Первоначально в одну сеть планировалось объединить учебные заведения с островов Кауаи, Оаху, Мауи и Гавайи (да, в Гавайском архипелаге есть остров Гавайи). Вычислительный центр располагался в главном корпусе Гавайского университета неподалеку от Гонолулу. Расстояние до него от других узлов доходило до 300 км. Идея протянуть кабель даже не рассматривалась.
Реализация задумки ученых основывалась на радиосвязи ближнего радиуса. Полученную систему беспроводной связи назвали AlohaNet. Всего было две версии этой сети: чистая и дискретная.
Чистая Aloha
В чистой системе каждый из терминалов отправлял данные, как только они появлялись. Разумеется, такой подход приводил к коллизиям и потерям кадров. Для обнаружения коллизий центральный компьютер, после получения кадра, отправлял его назад отправителям. Если отправитель обнаруживал коллизию, то он выжидал случайный интервал времени и отправлял кадр заново. Центральный компьютер использовал широковещательную антенну, а терминалы — направленную. Так они не получали передачи от других отправителей.
Чистая Aloha заработала в 1971 году, став первой беспроводной сетью между компьютерами. А уже через год система была модернизирована, что позволило удвоить её производительность.
Дискретная Aloha
Метод передачи данных в дискретной системе строился вокруг слотов (или тактов). Каждому терминалу выделялся временной промежуток (соответствующий времени одного кадра) для отправки данных. Для синхронизации использовался специальный синхронизирующий сигнал вначале каждого интервала.
Технологию не удалось продать и она стала общественным достоянием. В 1973 году Alona была подсоединена через спутниковую связь к ARPAnet, а в 1976 году Aloha и вовсе прекратила свою работу.
1985: открытие диапазонов частот в США
В 1980 году инженер Майкл Маркус обратился в федеральную комиссию по связи США (FCC) с предложением открыть диапазоны ISM для нелицензионного использования. И через 5 лет, в 1985 году комиссия всё же открыла диапазоны с частотой 900 МГц, 2.4 ГГЦ и 5.8 ГГЦ. После такого решения в США многие другие страны и регионы последователи примеру FCC и тоже открыли некоторые диапазоны. С этого момента стало возможным развитие коммерческих беспроводных технологий.
WaveLAN
В 80-х годах NCR Corporation — это крупная международная компания по продаже компьютеров, банкоматов и кассовых аппаратов. И они хотели, чтобы их кассы работали без проводов. Это дало бы им конкурентное преимущество: розничные магазины могли бы избежать затрат на прокладку кабелей к каждой кассе. К тому же разница между кассовым аппаратом и компьютером постепенно размывалась и NCR стремилась создать стандарт беспроводной связи, которым мог бы использоваться в любом компьютере.
К 1988 году команда под началом Вика Хейса (также известного как батя«отец» Wi-fi) разработала WaveLAN. WaveLAN мог работать на частоте 900 МГц или 2.4 ГГц со скоростью от 1 до 2 Мбит/с. Новый продукт позиционировался как беспроводная альтернатива Ethernet и Token Ring от IBM. Но высокая стоимость адаптеров (сотни долларов) и точек доступа (тысячи долларов) сделали WaveLAN нишевым продуктом, который можно было найти только в крупных компаниях.
Адаптер WaveLAN
Кроме WaveLAN существовали и другие беспроводные продукты и всё это превращалось в конкурирующую мешанину с различными реализациями и решениями. Необходимость в международном стандарте, подобном IEEE 802.3, стала очевидной. Это привело к появлению рабочей группы по стандарту беспроводной связи в IEEE.
IEEE: появление рабочей группы
NCR хотела, чтобы Вик Хейс сделал предложение IEEE от имени компании. Но Вик не согласился на такие условия: он хотел оставаться независимым. Компания согласилась на это, и в 1988 году Вик Хейс обратился в IEEE с просьбой внести свой вклад в создание стандарта беспроводной связи. Оказалось, что существующий комитет бездействовал, а председатель ушел.
Из-за того, что Вик не продвигал уже запатентованное решение от NCR, он смог завоевать доверие и сформировать рабочую группу 802.11. Технологии Ethernet и WaveLAN стали частью технической базы комитета, который начал свою работу в 1990 году. Первый стандарт, известный как 802.11, был сформирован через 7 лет.
CSIRO, OFDM и Джон О’Салливан
Местом рождения Wi-Fi можно считать лабораторию радиоастрономии CSIRO — австралийское федеральное агентство, занимающиеся научными исследованиями. В его стенах разработали множество выдающихся технологий, например атомно-абсорбционную спектроскопию.
В 1977 году исследователь CSIRO доктор Джон О'Салливан занимался поиском небольших черных дыр. Он написал статью о том, как можно использовать быстрое преобразование Фурье для повышения резкости с оптических телескопов. На основе работы Салливана в CSIRO сделали специальный процессор для расшифровки изображений. Хоть это и не помогло найти черные дыры, технология пригодилась позднее. В 1990 году Салливан возглавил группы ученых для разработки высокоскоростной беспроводной сети с пропускной способностью 100 Мбит/c. ALOHAnet и WaveLAN не предоставляли желаемых скоростей.
Джон О'Салливан (второй справа) и другие ученые CSIRO в своей лаборатории
Одной из основных технических проблем, вставших перед группой, была борьба с эффектом многолучевого распространения волн. Суть явления заключается в том, что часть электромагнитных волн отражаются от различных объектов, в результате физическая длина пути сигнала может варьироваться. Результат многолучевого распространения сигнала часто оказывается отрицательным, поскольку сигналы могут прийти в противофазе и подавить основной сигнал (своеобразное эхо). С помощью быстрого преобразования Фурье ученые из CSIRO нашли способ уменьшить эхо. Вместо того, чтобы использовать один быстрый беспроводной канал, они использовали множество более медленных каналов. Такая техника называется модуляцией с несколькими несущими. Этот тип модуляции хорошо подходит для широкополосной связи на короткие расстояния (как в Wi-Fi). Сегодня современные стандарты Wi-Fi используют модуляцию с несколькими несущими в форме мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM).
Хотя ученые из CSIRO не изобретали основных методов, используемых в их разработках, их заслуга заключалась в том, что путем испытаний сотен техник они нашли нужные — модуляция с несколькими несущими + прямое исправление ошибок + чередование частот для отправки нескольких копий данных. По отдельности этим методы были известны и ранее. В CSIRO же разработали уникальную комбинацию, которая давала высокие скорости. В 1996 году на нее был выдан патент США № 5 487 069.
Стоит отметить, что CSIRO никогда не предоставляла предложений по исходному стандарту IEEE 802.11 1997 года или какой-либо из его редакций. 802.11а и более поздние стандарты используют OFDM и модуляцию с несколькими несущими без лицензионного соглашения, несмотря на то, что во время разработки 802.11а CSIRO предложила IEEE лицензировать свой патент. Спустя годы CSIRO использовала это как основу для судебных исков против крупных сетевых и технологических компаний. CSIRO выиграла урегулирование на сумму 205 миллионов долларов в 2009 году и еще 229 миллионов долларов в 2012 году.
Стандарты
На данный момент существует множество разных стандартов беспроводных локальных сетей 802.11. Некоторые из них пользуются намного большей популярностью, например 802.11n и 802.11an. Кроме того, современные устройства работают сразу в нескольких режимах (802.11 b/g/n).
У стандартов много общего. Самое главное сходство — использование радиоэфира для передачи данных. Интересно, но в самом первом стандарте 802.11 также использовалось инфракрасное излучение. Сегодня такой способ используется в пультах дистанционного управления (например пульт от телевизора). Со второго поколения стандарта используются только радиоволны. Все варианты физического уровня работают с одним и тем же алгоритмом доступа к среде, CSMA/CA. Структуры кадров канального уровня всех стандартов идентичны.
Различия спецификаций заключается в используемом частотном диапазоне, методах кодирование и, как следствие, в скорости передачи данных. Некоторые временные параметры уровня MAC также могут отличаться.
Наиболее популярные стандарты семейства IEEE 802.11
Начиная с 1999 года метод мультиплексирования OFDM пришел на смену методам DSSS и FHSS первых версий. Спустя еще 10 лет стандарт был дополнен поддержкой метода MIMO. Выделим общие свойства стандартов семейства IEEE 802.11:
— Одна и та же топология.
— Все стандарты поддерживают в качестве рабочего диапазона частот либо 2,4 ГГц, либо 5 ГГц, либо оба эти диапазона. 802.11ax может включать дополнительные полосы частот в диапазонах от 1 до 7 ГГц, по мере их появления.
— Один и тот же способ доступа к разделяемой среде CSMA/CA — метод прослушивания несущей частоты с множественным доступом и предотвращением коллизий.
— Одинаковая структура кадра канального уровня.
— Все стандарты имеют адаптивный механизм изменения скорости передачи в зависимости от расстояния до приемника. Адаптация может происходить за счет изменения метода кодирования сигнала — например, для увеличения скорости передачи данных точка доступа может перейти от кодирования 16-QAM к кодированию 64-QAM.
— При использовании техники OFDM точка доступа может, наряду с изменением метода кодирования, увеличить количество частотных подканалов, выделяемых пользователю.
Оригинал
Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные посты!
Развитие электроники будущего | Лекции по физике – физик Владимир Мухортов | Научпоп
Какими типичными цифрами характеризуется современная микроэлектроника? Какие задачи сейчас стоят перед ней? Владимир Мухортов, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией сегнетоэлектрических плёнок Южного научного центра РАН рассказывает, какие существуют проблемы микроэлектроники, на чём необходимо делать акцент в её разработках, где искать вдохновение для инноваций, каким будет дальнейшее развитие микроэлектроники и куда оно может привести человечество.