A caixa, é claro, não será enchida com poeira comum. Esta é uma "poeira inteligente", um apelido para os minúsculos sensores baratos, móveis e inteligentes que podem se comunicar uns com os outros, formar redes autônomas e monitorar quase tudo: as temperaturas locais, a presença de pessoas, o volume de tráfego, a extensão dos danos causados por um terremoto ou a saúde das colônias de aves marinhas. Você já pode ter ouvido falar dela: a tecnologia já está sendo considerada como algo que vai mudar a forma como nosso mundo funciona.

Se isso vai ocorrer ainda não se sabe, mas a poeria inteligente pelo menos parece pronta para deixar sua marca. Os "ciscos" que rolam para fora dos laboratórios de pesquisa da Universidade da Califórnia, em Berkeley, são agora tão pequenos quanto um grão de arroz. Versões futuras em breve poderão descartar baterias, extraindo energia de seus arredores. Ao espalhá-los pelo globo, eles poderão estabelecer uma rede de sentinelas silenciosas, invisíveis, que registrarão e transmitirão informações sobre seu ambiente.

Alguns dizem que a poeira inteligente poderá provocar um pesadelo de vigilância, mas outros insistem que poderá ajudar a salvar o planeta. Pister tem uma visão mais ampla. Ele acredita que a tecnologia da poeira inteligente poderá literalmente ligar em rede toda a Terra, formando outra camada de infra-estrutura entre a Internet e o mundo físico. "Eu realmente acredito que isto terá o mesmo impacto profundo na sociedade que a Internet", diz ele.

Pister é professor de Engenharia da Universidade da Califórnia, em Berkeley, mas está atualmente em licença para erguer a Dust. Ele pensou pela primeira vez em construir sensores sem fio em meados dos anos 90. Sua idéia era a de redes de sensores que poderiam ser espalhados por toda a parte para coleta de informações, que caso contrário seriam difíceis de ser recolhidas. Pister acreditava que tais sensores poderiam ser encolhidos para apenas um milímetro cúbico e apresentou sua proposta à Agência de Projetos de Pesquisa Avançada da Defesa (Darpa), a divisão de pesquisa do Pentágono. "Eu cunhei a frase 'poeira inteligente' por brincadeira, porque todos estavam falando de casas inteligentes, bombas inteligentes e estradas inteligentes", diz Pister. "'Poeira inteligente' era para ser piada".

Todavia, a Darpa financiou o projeto e o nome pegou. Juntamente com David Cutter, um colega de Berkeley, e um punhado de estudantes de doutorado dedicados, Pister construiu as primeiras unidades de poeira inteligente -ele também cunhou o termo "mote" (cisco ou partícula de poeira) para descrevê-las, que desde então entrou para o jargão de informática como sensor sem fio. Esses protótipos continham um microprocessador, rádio bidirecional e um sensor de luz.

A geração seguinte de ciscos era significativamente mais avançada. Eles incluíam uma interface na qual sensores diferentes, como magnetômetros ou barômetros, podiam ser acoplados. Com o tempo, isso levou a ciscos menores e mais poderosos, batizados de Mica, que têm sido fabricados comercialmente desde outubro de 2001. Pouco maiores do que uma caixa de fósforos, cada cisco Mica é alimentado por duas pilhas AA e podem suportar até oito sensores.

Avaliação imediata de danos

Apesar do tamanho ainda não justificar o nome de "poeira", estes ciscos Mica já demonstraram o potencial do conceito. Por exemplo, Steve Glaser, professor de Engenharia Civil de Berkeley, mostrou que redes de ciscos podem rapidamente checar se prédios que sobreviveram a terremotos são seguros para a entrada de pessoas.

Grandes prédios e arranha-céus são normalmente fechados aos seus usuários diários após um terremoto até a conclusão das vistorias de segurança. O processo é altamente caro e pode levar meses. Mas cobrindo cada elemento estrutural-chave do prédio com ciscos contendo acelerômetros capazes de sentir vibrações é possível computar o quanto a estrutura balançou durante o terremoto. E os sensores poderão calcular a rigidez da estrutura medindo o quanto estão se movendo relativamente na direção um do outro, revelando imediatamente o grau de dano em cada localização. Em um teste em laboratório com uma estrutura de madeira de três andares, construída sobre uma plataforma vibratória que simula terremotos, dois estudantes de doutorado de Berkeley instalaram em uma tarde cerca de cem ciscos sem fio equipados com acelerômetros. Esses ciscos transmitiram informações sobre como o prédio se moveu quando foi sacudido, permitindo uma avaliação de danos imediata. "Os engenheiros civis ficaram extáticos", diz Pister.

Se isso fosse apenas uma questão de construir sensores minúsculos e fixá-los em toda parte, seria fácil. Mas a tarefa é consideravelmente mais complicada do que simplesmente transmitir leituras para que sejam calculadas por um computador. Por um lado, o computador rapidamente ficaria sobrecarregado de dados à medida que aumentasse o número de sensores. Por outro, os ciscos logo ficariam sem bateria caso transmitissem dados continuamente. A solução foi criar redes inteligentes de ciscos que pré-processam os dados e só transmitem a informação de interesse, como a rigidez de uma estrutura, em vez de transmitirem dados brutos como as leituras em tempo real do sensor sobre quanto cada cisco se moveu.

E é neste ponto que a "poeira inteligente" realmente fica inteligente. No coração da rede se encontra um software revolucionário. Cada cisco tem seu próprio sistema operacional, semelhante ao programa Windows que roda na maioria dos PCs, ou Unix, que roda na maioria dos servidores de Internet. Mas graças a um trabalho de desenvolvimento habilidoso, o sistema operacional da poeira inteligente roda em microprocessadores que necessitam de muito pouca memória. Enquanto a versão mais recente do Windows usa mais de 100 megabytes de memória, o sistema operacional da smart dust roda com 8 quilobytes. "Nós pensamos em chamá-lo de 'Wee-nix' ou 'Wee-ndows' (wee significa pequenino), mas cabeças mais sensatas prevaleceram e nós o chamamos de TinyOS", diz Pister.

O software realiza isso "dormindo" durante grande parte do tempo. Enquanto dorme, todo o hardware -exceto os sensores- ficam em stand by. O TinyOS acorda, digamos, uma vez por segundo e gasta cerca de 50 microssegundos coletando dados dos sensores, e outros 10 milissegundos trocando dados com os ciscos vizinhos. "Do ponto de vista humano, você obtém uma resposta basicamente em tempo real, porém os ciscos estão dormentes em 99% do tempo", diz o pesquisador.

Rede de múltiplos níveis

Para aumentar ainda mais o tempo de vida da bateria, o TinyOS usa "multi-hop networking" (o uso de muitos pontos intermediários de processamento). Imagine centenas de ciscos espalhados por hectares de terra, todos monitorando a umidade do solo. Em vez de fazer com que cada cisco se comunique com uma estação base (um laptop, por exemplo), apenas aqueles mais próximos da estação base o fazem. Os ciscos de "primeiro nível" então se comunicam com outros ciscos ao seu alcance, formando um segundo nível, e assim por diante, até que uma rede de múltiplos níveis seja estabelecida. Todos os ciscos conhecem o melhor caminho pela rede para se comunicar com os ciscos do primeiro nível, o que permite que qualquer cisco envie uma mensagem para a estação-base usando um número mínimo de ligações.

A estrutura de multi-hop networking estabelecida pelos ciscos pode mudar em caso de haver alteração da força dos links de rádio entre os ciscos, com links mais fortes tendo preferência sobre os mais fracos. Se um cisco deixar de funcionar, os outros reconfiguram a rede para se desviarem dele, e um novo cisco pode entrar facilmente na rede, com todos os demais se reconfigurando ao redor dele.

Isto também faz com que os transmissores de rádio dos ciscos possam ter um alcance extremamente curto -apenas poderosos o suficiente para alcançarem os ciscos mais próximos a dezenas de metros de distância. Isto difere dos telefones celulares, que às vezes precisam enviar sinais a vários quilômetros de distância para alcançarem uma estação-base. "Se você cortar o alcance da transmissão pela metade, você pode cortar a necessidade de energia em um quarto", diz Jason Hill, que desenvolveu o TinyOS como um projeto de mestrado com Culler e Pister. "Nós estamos dizendo, não corte (o alcance) pela metade, corte em um fator de cem".

Toda essa atenção obsessiva à economia de energia se pagou: os ciscos consomem apenas um milésimo da energia dos dispositivos móveis normais, como os telefones celulares. "Você tem uma vida útil de bateria entre 1 e 10 anos, dependendo da aplicação", diz Pister.

Mas o TinyOS pode fazer muito mais do que prolongar a vida da bateria. A complexidade das tarefas que pode suportar, apesar de seu tamanho pequeno, é exemplificada por uma experiência intrigante, executada por Pister e seus colegas para os oficiais da Darpa em uma base militar nos arredores de Twentynine Palms, Califórnia. Em março de 2001, eles ligaram seis magnetômetros a seis ciscos, envolveram-nos em espuma rígida de poliestireno extrudido e carregaram-nos em um avião robô. O avião, voando ao longo de uma estrada a uma altura de apenas 50 metros e a 50 quilômetros por hora, lançou os ciscos um de cada vez, a 20 metros de distância da estrada. A tarefa deles: monitorar o movimento dos tanques, jipes humvees e outros veículos militares na estrada.

No mês passado em Berkeley, os pesquisadores mostraram uma versão mais sofisticada da mesma aplicação aos militares, que pretendem usar a smart dust para monitorar os movimentos de tropas inimigas. Uma centena de ciscos foi distribuída dentro de uma grade quadrada, com 18 metros de lado. Apenas os ciscos nos cantos sabiam sua posição absoluta. Usando sinalização por ultra-som para determinar a distância entre os vizinhos imediatos, e empregando um sofisticado algoritmo distribuído, os outros ciscos calcularam suas coordenadas -apesar da maioria não estar em contato direto com aqueles dos cantos. Membros da platéia então dirigiram um pequeno veículo por controle remoto dentro do quadrado. Os ciscos monitoraram o veículo com seus magnetômetros, calcularam sua posição e transmitiram a informação para outro veículo autônomo, que então foi capaz de seguir o veículo por controle remoto -tudo em tempo real. Foi um feito extraordinário porque os ciscos tinham que reconfigurar constantemente sua multi-hop network para manter contato com o veículo autônomo -essencialmente uma estação-base móvel- enquanto ele seguia o primeiro veículo.

Tudo isso é possível devido ao TinyOS. Os mesmos ciscos poderiam ser facilmente reprogramados para uma tarefa completamente diferente. E a reprogramação pode ser feita a distância. Basta simplesmente desenvolver seu programa em um PC e transmiti-lo ao cisco mais próximo. O cisco se reprograma sozinho, e então envia as novas instruções aos outros ciscos. O programa se espalha por toda a rede, como um vírus, sendo necessários meros 30 segundos para reprogramar cada cisco, até eventualmente toda a população de ciscos estar pronta para realizar a nova tarefa.

Potencial não-militar

Apesar do interesse das forças armadas na smart dust, é o potencial não-militar da tecnologia que deixa Glaser mais empolgado. Seu mais recente desafio para os ciscos é ajudar os bombeiros a controlar os incêndios florestais que são comuns na Califórnia. "O fogo cria seu próprio clima local, especialmente ventos", diz Glaser. "Às vezes o fogo volta por trás dos bombeiros, e eles ficam cercados".

Para mostrar como a smart dust pode ajudar, Glaser planeja lançar ciscos de um helicóptero na trilha de um incêndio florestal. Os ciscos terão uma série de sensores para medir temperatura, pressão barométrica, umidade, luz e velocidade do vento. Cada um desses ciscos também terá um módulo GPS para determinar sua localização exata no solo. Como na experiência de Twentynine Palms, os ciscos transmitirão informação sobre os efeitos do avanço do fogo para um helicóptero acima. De lá os dados serão transmitidos para um laboratório central que poderá prever a trilha das chamas combinando a informação do sensor com outros dados, como a cobertura de vegetação e a topografia. A equipe de Glaser começará a testar a idéia neste verão participando de incêndios controlados que são realizados rotineiramente nos parques estaduais da Califórnia. Se funcionar, a smart dust poderá tornar menos perigoso o combate aos incêndios florestais no futuro.

Os ciscos de Pister também estão sendo considerados para monitorar as condições incomuns dentro do Monte Yucca, em Nevada, O local foi proposto pelo governo americano para depósito de lixo nuclear. Joseph Wang, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, em Berkeley, Califórnia, está planejando avaliar quão bem os ciscos podem monitorar a umidade relativa e a temperatura dentro dos túneis do Monte Yucca. Teme-se que o calor do lixo possa elevar a temperatura dentro dos túneis acima do ponto de ebulição da água, e o vapor possa espalhar a radiação para fora dos túneis, de forma que esse tipo de monitoramento será essencial para a ativação de sistemas de resfriamento. Se os ciscos forem bem-sucedidos, Wang vê um grande futuro para eles no Monte Yucca; eles também poderiam monitorar os níveis de radiação diretamente, por exemplo.

Anderson diz que a smart dust já está mudando o estudo da natureza. No passado, ecologistas de campo tinham que extrapolar algumas poucas medições ambientais "grosseiras" -detectores meteorológicos fixos em estações de pesquisa, por exemplo- ou trabalhar no campo, o que pode perturbar as espécies que estão sendo estudadas. De qualquer forma, os resultados provavelmente serão alterados. Mas com a smart dust, é uma história diferente. "Os ciscos nos dão dados microambientais de alta resolução e não precisamos estar lá para obtê-los", diz Anderson.

E a influência da smart dust está se espalhando por todo o globo. Glaser, juntamente com Chik Tanimoto, da Universidade de Osaka, no Japão, começou a instalar os ciscos dentro de cavernas em Dunhuang, na China, 1.800 quilômetros a oeste de Pequim. Aqui, pinturas de caverna budistas de 1.600 anos de idade estão sendo danificadas pelas águas freáticas salinas, e os ciscos estão lá para monitorar a umidade e a intensidade da luz. Os dados ajudarão os conservadores de arte do Museu Getty, com sede em Los Angeles, a restaurar e preservar as pinturas -permitindo que decidam como melhor ventilar as cavernas, por exemplo. "Uma vez por semana, alguém pode passar pela caverna e coletar os dados", diz Glaser. "É uma aplicação muito útil, empregar o que podemos fazer agora".

Esses ciscos ainda são Micas relativamente grandes, do tamanho de uma caixa de fósforos, mas para muitas aplicações, como a monitoração de cavernas ou de prédios sensíveis a terremotos, o tamanho desses sensores disponíveis comercialmente está ótimo. "Tamanho é uma coisa relativa", diz Glaser. "Se for pequeno demais, e você colocá-lo em um prédio, nunca mais o encontrará". Mas muito mais aplicações surgirão agora que a mais recente geração de ciscos está provando ser mais digna do nome de "poeira".

Para seu projeto de doutorado, Hill desenvolveu um cisco achatado, retangular, apelidado de Spec, que mede apenas 2mm x 2,5mm. Um protótipo do Spec foi construído pela fabricante de chips National Semiconductor, de Santa Clara, Califórnia, em março. "Nós demonstramos que definitivamente é realizável, e o próximo passo é a comercialização", diz Hill. Apesar desses ciscos ainda necessitarem de antenas externas e baterias, a Panasonic está fabricando baterias em escala milimétrica que poderão realizar o trabalho.

Mas as baterias em breve serão redundantes: os ciscos miniaturizados buscarão extrair energia da luz (tanto natural quanto artificial), dos campos magnéticos que emanam das linhas de transmissão de energia e até mesmo de vibrações quase imperceptíveis. Paul Wright, de Berkeley, e seu estudante de doutorado, Shad Roundy, desenvolveram dispositivos minúsculos que podem gerar até 200 microwatts a partir vibrações de baixa intensidade que são comuns em prédios, bombas de água, dutos de ar condicionado e mesmo fornos de microondas. As vibrações de tais fontes são usadas para mudar a capacitância de dispositivos gravados em silício ou flexionar tiras de material piezelétrico, em ambos os casos gerando voltagem útil. "Nós certamente podemos alimentar nossos ciscos com a fonte de energia vibratória de Paul", disse Pister

A smart dust cada vez menor também levanta questões sobre privacidade. Será esta uma tecnologia Grande Irmão? Os ciscos Mica já vêm com microfones, e os pesquisadores estão desenvolvendo câmeras para eles -apesar das limitações de tamanho significarem que os ciscos Spec nunca carregarão uma câmera. As pessoas precisam se preocupar com as questões de privacidade, diz Deborah Estrin, da Universidade da Califórnia, em Los Angeles. Ela desenvolve sistemas de software para poeira inteligente. "É algo que vai exigir atenção tanto legal quanto regulatória", diz.

Pister concorda que a poeira inteligente levanta questões de privacidade que precisam ser tratadas. Mas ele não concorda com aqueles que temem que o ambiente ficará poluído de ciscos. Em uma das aplicações mais drásticas já propostas, por exemplo, os meteorologistas perguntaram a Pister sobre a disposição de 10 bilhões de ciscos na atmosfera para monitoração da mudança das condições de tempo. Mesmo com tais números imensos, Pister acha que a densidade de ciscos nunca ameaçará a saúde de ninguém. "Isto representa um cisco por quilômetro cúbico. Você teria que caminhar muito, muito tempo antes de poder se preocupar com a possibilidade inalar um cisco", diz Pister. "E se você o inalar, não seria mais desagradável do que inalar um mosquito. Você o tossiria para fora imediatamente".

Enquanto prossegue a discussão sobre os riscos da poeira inteligente, está claro que a tecnologia está pronta para chegar às ruas. "As possibilidades parecem tremendas", diz Estrin. "Se você olhar para problemas realmente críticos do nosso tempo, da poluição e contaminadores até o entendimento dos indicadores de mudança global e seu impacto na fragmentação das florestas tropicais, há uma tremenda oportunidade. A smart dust pode ser capaz de coletar dados na resolução espacial apropriada e nos permitir compreender apropriadamente estes processos complexos pela primeira vez", afirma Estrin. "Do ponto de vista científico, todos estão muito empolgados com ela".

E ninguém está mais empolgado que Pister. Ele acredita que a tecnologia da smart dust poderá eventualmente nos ligar ao mundo físico, formando uma tecnologia tão formidável quanto a Internet. É uma visão grande, apesar de ligeiramente perturbadora: espalhada ao redor do mundo, a rede de poeira inteligente poderia fornecer correntes contínuas de dados sobre a Terra e seus habitantes, cobrindo de tudo, do fluxo do tráfego até os buracos na camada de ozônio. "A Internet conectou pessoas e idéias", diz Pister. "Isto fará o mesmo em relação ao mundo físico".