Nematoma galia mūsų kišenėse ir danguje: signalų apdorojimas, nuo gamtos iki modernių technologijų

Pasak VILNIUS TECH Elektroninių sistemų katedros prof. dr. Dariaus Plonio, signalu vadinamas vyksmas, apibūdinantis tam tikros fizinės sistemos vieno, kelių arba daugelio neelektrinių parametrų kitimą. Signalus generuojančios sistemos egzistuoja gamtoje. Tačiau svarbu paminėti, kad sistemas gali kurti ir žmonės – pastarosios skirtos jų gyvenimo bei veiklos kokybei pagerinti.

„Gamta sukuria labai daug ir įvairiausio tipo signalų. Pavyzdžiui, mus supantys garsai, vaizdai, vykstančios audros, žemės drebėjimai, cunamiai ir kiti panašūs vyksmai. Žmonių gyvenimo ir veiklos kokybę gerinančios sistemos – ryšio, televizijos, kompiuterių sistemos ir įvairios automatizuotos gamybos bei valdymo sistemos, pavyzdžiui, robotizuota automobilių surinkimo linija“, – teigia profesorius.

Elektroninių sistemų katedros profesoriaus D. Plonio teigimu, elektronikos srityje kasmet vis labiau siekiama įgyvendinti tvarius sprendimus. Elektronikos įrenginiai, tokie kaip telefonai, kompiuteriai, ar televizoriai, kuriami taip, kad naudotojai tam tikras jų dalis galėtų nesudėtingai pasikeisti patys. Puikus to pavyzdys – „Fairphone“ mobilieji telefonai, kurių vartotojai, neturėdami specialių įrankių, gali pasikeisti telefonų ekraną, bateriją ar kamerą. Bendrovė, gaminanti šiuos telefonus teigia, kad tokiu būdu pavyko 48 proc. sumažinti CO₂ emisiją.

„Kuriant tvarią elektroniką, būtina atsižvelgti ir į energetinį efektyvumą – įrenginiai, veikimo metu, turi naudoti mažiau elektros energijos. Nešiojamieji kompiuteriai su „Intel Evo“ ar „Apple M1/M2“ procesoriais jau pasižymi labai mažomis energijos sąnaudomis, „Apple“ savo įrenginiuose naudoja perdirbtą aliuminį ir retuosius metalus, o „HP“ įrenginių gamybai naudoja plastiką, surinktą iš vandenynų pakrančių (angl. ocean-bound plastic). Pastaruoju metu tobulinamos ir technologijos, siejamos su biologiškai suyrančiomis medžiagomis“, – pabrėžia VILNIUS TECH ekspertas.

Pasak VILNIUS TECH Elektroninių sistemų katedros prof. dr. Andriaus Katkevičiaus jau dabar Europos Sąjungoje (ES) priimami strateginiai sprendimai, skirti aplinkos taršos mažinimui ir tvaresnio vartojimo skatinimui. Vienas iš tokių sprendimų – USB-C direktyva. Ši direktyva numato, kad nuo 2025 m. visi mobilieji įrenginiai, įkraunami laidu, privalės turėti universalią USB-C jungtį. Šis sprendimas priimtas siekiant sumažinti elektroninių atliekų kiekį, padidinti vartotojų patogumą ir išspręsti rinkos susiskaidymo problemą. Direktyva taikoma ne tik telefonams, bet ir planšetėms, ausinėms, skaitmeniniams fotoaparatams, skaityklėms, klaviatūroms, pelėms bei kitiems nešiojamiesiems įrenginiams, kurių įkrovimo galia neviršija 100 vatų. Gamintojai galės siūlyti įrenginius be įkroviklio, o vartotojai – naudoti vieną įkroviklį keliems įrenginiams. Šis žingsnis žymi svarbų posūkį link tvaresnės ir labiau suderintos technologijų rinkos visoje ES bei pasaulyje.

Ne mažiau svarbu ir tai, kad signalai atlieka svarbų vaidmenį kuriant įvairias radijo signalų šaltinių aptikimo sistemas, o ypač – elektronines gynybos sistemas. Pasak profesoriaus D. Plonio, elektroninės gynybos sistemos – tai pažangios technologinės priemonės, skirtos apsaugoti karinius ir strateginius objektus nuo įvairių grėsmių, ypač, susijusių su elektroniniais signalais, radarais, ryšio sistemomis ar valdymo infrastruktūra. Šios sistemos apima tiek aktyvias, tiek pasyvias priemones, kurios gali aptikti, trikdyti arba neutralizuoti priešo siunčiamus signalus, pavyzdžiui, radijo ryšį, ar net bepiločių orlaivių valdymą.

„Elektroninių gynybos sistemų veikimo principas grindžiamas elektromagnetinio spektro kontrole – jos analizuoja aplinką, identifikuoja potencialias grėsmes ir taiko atsakomąsias priemones, tokias kaip signalų slopinimas (angl. Jamming), klaidinimas (angl. Deception) ar net fizinis neutralizavimas. Elektroninės gynybos sistemos yra itin svarbios šiuolaikinėse gynybos sistemose, nes leidžia apsaugoti savo pajėgas nuo priešo žvalgybos, užtikrinti saugų ryšį ir išlaikyti informacinį pranašumą. Jos taip pat naudojamos civilinėje srityje – pavyzdžiui, oro uostuose, siekiant apsisaugoti nuo radijo signalų trikdžių bei klaidingų duomenų perdavimo ar neteisėto įsibrovimo į oro erdvę“, – pažymi VILNIUS TECH ekspertas.

Anot Elektroninių sistemų katedros prof. dr. A.Katkevičiaus, signalų kompozicija plačiai taikoma šalinant triukšmą, filtruojant signalus, suliejant vaizdus ir kt. Kompozicija taip pat gali būti taikoma visiems skirtingo tipo elektriniams signalams: vaizdo, garso, jutiklių duomenų. Pavyzdžiui, dėvimosios sveikatos stebėsenos sistemos renka įvairius fiziologinius signalus realiuoju laiku – širdies ritmo, judesių aktyvumo, odos temperatūros, deguonies kiekio kraujyje ir kt. Šie signalai – skirtingo pobūdžio, tad jų analizė reikalauja struktūrizuoto požiūrio. Kompozicija čia taikoma kaip metodas, leidžiantis kiekvieną signalą apdoroti atskirai, o vėliau – integruoti į bendrą sveikatos būklės modelį.

„Širdies ritmo svyravimo sumažėjimas, kartu su padidėjusia temperatūra ir sumažėjusiu aktyvumu, gali reikšti infekcijos pradžią, o sumažėjęs deguonies kiekis kraujyje miego metu – galimą miego apnėją. Gauti jutiklių duomenų rezultatai sukomponuojami į vieningą sveikatos modelį, kuris leidžia priimti sprendimus: siųsti įspėjimus vartotojui ar gydytojui, pateikti rekomendacijas ir ilgainiui formuoti individualizuotą sveikatos profilį. Kitas kompozicijos taikymo pavyzdys susijęs su garso signalais. Elektroninėje muzikoje skirtingi instrumentai (būgnai, bosas, melodija) įrašomi atskirai ir vėliau, kompozicijos pagalba, sukomponuojami į vieną garso takelį, leidžiant lanksčiai valdyti kiekvieno komponento savybes“, – pasakoja profesorius A. Katkevičius.