智能塵埃：隨時隨地追蹤一切的傳感器

物聯網雖然還沒有全面實現，但這個話題似乎已經老掉牙了。物聯網的核心理念是將傳感器放在任何東西上，然后通過互聯網將數據發回數據庫。通過這種方式，便可以隨時隨地監控一切信息，并構建更加智能且更具互動性的系統。

把傳感器放在物體上？太沒創意了。但如果把傳感器散布到空氣中呢？這樣一來，它們就可以監控一切信息——溫度、濕度、化學品、運動、腦電波，一切的一切。

這項技術名叫“智能塵埃”，雖然聽起來很瘋狂，也很新穎，但它其實并沒有你想象得那么瘋狂。

美國國防部高等研究計劃署(DARPA)和蘭德公司早在1990年代初就提出了“智能塵埃”的理念。我們之所以虛構了上面的軍事場景，是因為它最早就是由這些軍事機構提出的。

但從實踐角度來看，這種技術幾乎可以應用到各行各業。戰場上的“塵埃”可以監控敵人的一舉一動，工廠里的“塵埃”可以監控機器的運轉狀況，身體里的“塵埃”可以監控人的健康狀況，森林里的塵埃可以追蹤野生動物的遷徙以及風力和濕度。

有了這種無處不在的傳感器技術，整個世界都可以量化。但具體的工作模式究竟是什么樣子？

什么是“智能塵埃”？

“智能塵埃”是由“微粒”組成的，其本質就是一種具備眾多功能的微型傳感器。這種傳感器需要借助微機電系統(MEMS)來實現。美國市場研究公司在報告中描述了這些微粒的功能：

“一個典型的智能塵埃微粒通常包含一個導體激光二極管和一個用于主動光傳輸的MEMS光束控制鏡；一個用于被動光傳輸的MEMS角隅棱鏡回射器；一個光接收器、信號處理和控制線路；以及一個用厚膜電池和太陽能電池制成的電源。”

“智能塵埃”之所以能成為現實，都要得益于這些MEMS，以及數字電路和無線通訊技術的發展。數字電路系統的進步可以大幅縮小這些“微粒”的體積，但仍然可以內置電池、內存和無線傳輸器，有可能會使用無線射頻識別(RFID)，也有可能使用藍牙或尚未推出的無線通訊協議。目標是盡可能縮小體積，盡可能延長續航，同時還能運行微操作系統，以便實現各種功能。

“智能塵埃”的挑戰在于，既要全面整合各種傳感器，還要把數據傳輸回基站。加州大學伯克利分校的克里斯托弗·皮斯特(KristoferPister)、喬·卡恩(JoeKahn)以及伯哈德·博瑟(BernhardBoser)已經討論過使用光傳輸和無線電來實現數據收發的方案。

皮斯特是“智能塵埃”的頂尖研究者和支持者之一，也是DustNetwork公司的聯合創始人兼CTO。這家創立于2004年的公司希望把“智能塵埃”從理念變成現實。該公司已于2011年被集成電路公司LinearNetworks收購。

用TinyOS控制“塵埃”

如果開發者要開發各種開源硬件和軟件，那很可能會用到Arduino和TinyOS兩大操作平臺中的一個。

Arduino和TinyOS的主要區別在于，后者是為低能耗傳感器設計的，可以支持無線傳輸標準。Arduino則更容易學習和使用，但TinyOS提供了更加全面的功能。因此，TinyOS可以說是設計“智能塵埃”微粒的完美選擇。

斯坦福大學完成了TinyOS的多數開發。他們描述這款系統的模式：“TinyOS是一款為低能耗無線設備設計的開源操作系統，包括傳感器網絡、普適計算、個人局域網、智能建筑和智能儀表。TinyOS為底層的硬件提供了有用的軟件。”

TinyOS的主要不足在于，它不能運行需要高性能支撐的功能。雖然TinyOS是一款功能完備的操作系統，但它的目的性卻很強。它使用很短的代碼片段來運行單一任務，而不會使用長代碼實現更復雜的動作。這也使之非常適合“智能塵埃”的功能要求，從而實現高頻率的數據搜集和傳輸，但卻不需要支持基站這種專門收集數據的設施。

“塵埃”世界

很多專為戰爭創造的技術已經為人類帶來了巨大的技術突破。核電、噴氣引擎、雷達和互聯網最初都是出于軍事目的。“塵埃”同樣如此，但這并不意味著它只能應用于軍事領域。

我們更希望利用這種技術來開展星際探索：在可能適宜人類居住的星球上利用“塵埃”來監控環境，或是監測人類大腦內部的運作機制。

皮斯特和卡恩在關于“智能塵埃”的論文中闡述了一些可能的應用領域：“‘智能塵埃’或許可以部署到一個地區，用于記錄當地的氣象、地理或行星研究數據。它甚至可以在有線傳感器無法使用或出現錯誤的環境中實現數據測量。例如半導體設備、旋轉電機、風洞和消音室。在生物研究中，‘智能塵埃’或許也可以用于監控昆蟲或其他小型動物的運動或內部流程。”

皮斯特和卡恩或許只介紹了“智能塵埃”的冰山一角，這種微粒可能很快就將隨風飄向全球各地，對整個世界進行量化。