全能機器

微型、普及的感測器將使我們能夠像網路繪製網路空間一樣索引物理世界

今年早些時候,惠普公司宣佈啟動其地球中央神經系統(CeNSE)專案,這是一項為期10年的計劃,旨在地球上嵌入多達一萬億個圖釘大小的感測器。技術專家表示,這種普及感測網路收集的資訊可能會像網際網路改變商業一樣深刻地改變我們對世界的認知。“人們不知道網路會到來,”技術預測家保羅·薩福說。“我們現在正處於普及感測的時刻。一場驚人的革命即將來臨。”

通用感測器的普及,或稱“微塵”,以及計算機分析資料並推薦或啟動對資料產生的響應的能力,不僅將增強我們對自然的理解。它還可能促成建築物管理自身能源使用、橋樑在需要維修時向工程師發出警報、汽車跟蹤交通模式並檢測坑窪,以及能夠區分入侵者和狗的腳步聲的家庭安全系統等等。

CeNSE是迄今為止宣佈的最大膽的專案,但惠普並不是唯一一家開發技術以實現普及感測的組織。英特爾也在設計新型感測器封裝,許多大學實驗室也是如此。


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儘管該領域勢頭強勁,但這種充滿感測器的未來絕非必然。這些裝置需要生成豐富、可靠的資料,並且足夠堅固以在惡劣環境中生存。感測器封裝本身將很小,但所需的計算工作將是巨大的。它們收集的所有資訊都必須傳輸、託管在伺服器場上並進行分析。最後,總會有人為此買單。“存在根本的經濟學問題,”加州大學洛杉磯分校的計算機科學家黛博拉·埃斯特林指出。“每個感測器都是非零成本。存在維護、電力、保持校準的問題。你不能只是到處亂扔。”

事實上,惠普高階研究員彼得·哈特韋爾承認,為了讓CeNSE實現其目標,感測器需要幾乎免費。這就是惠普設計一種單一的、通用的、圖釘大小的封裝的原因之一,該封裝堆疊了各種儀表——光、溫度、溼度、振動和應變等——而不是一系列用於不同任務的裝置。哈特韋爾表示,專注於一種通用裝置將提高產量,降低每個單元的成本,但也可能使惠普能夠使用相同的感測器同時為多個客戶提供服務。

以他的首席工程專案——超靈敏加速度計為例。該感測器內置於晶片內部,可跟蹤微小的內部可移動平臺相對於晶片其餘部分的運動。它可以測量加速度變化的精度是任天堂 Wii 技術的 1000 倍。

哈特韋爾設想每隔 16 英尺在高速公路上放置一個這樣的圖釘。由於溫度、溼度和光感測器,這些微塵可以充當微型氣象站。但加速度計的振動資料也可以進行分析,以確定交通狀況——大致有多少輛汽車經過以及速度有多快。他猜測,當地公路部門會對這些資訊感興趣,但也有潛在的消費者應用。“您的無線公司可能希望獲取這些資訊並告訴您如何最快地到達機場,”哈特韋爾說。

當然,所有這些資料的收集和傳輸都需要電力,為了保證更長的壽命,惠普圖釘不會僅僅依靠電池。“它將具有某種能量收集能力,”哈特韋爾說。“也許是太陽能電池板或熱電裝置,以幫助保持電池充電。”

考慮到電力障礙,其他團隊正在完全放棄電池。在西雅圖的英特爾實驗室,工程師喬什·史密斯開發了一種依靠無線電力執行的感測器封裝。與惠普圖釘一樣,英特爾的 WISP 或無線識別和感測平臺也將包括各種儀表,但它還將從遠端射頻識別晶片讀取器發射的無線電波中獲取能量。史密斯說,單個插入牆壁插座的讀取器已經可以為五到十英尺外的原型 WISP 網路供電並與之通訊——這個距離應該會增加。

史密斯列舉了許多與哈特韋爾相同的基礎設施相關可能性,以及許多其他用途。如果將 WISP 放置在標準家用物品(如杯子)上,這些標籤可以告知醫生中風患者的康復進展情況。史密斯解釋說,如果患者通常使用的杯子保持靜止,那麼這個人可能就沒有起身活動。

普及感測的潛在應用非常廣泛——一位物理學家最近聯絡了他,詢問使用 WISP 監測擬議中的中微子探測器外部溫度的情況——正如網際網路一樣,史密斯說,不可能預見所有這些應用。“就它將對我們的生活產生的影響而言,”哈特韋爾補充道,“你還沒有看到任何東西。”

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