无所不在的黑科技！“智能微尘”正在监控你

这听起来像是个让人毛骨悚然、没有任何隐私的世界。智能微尘，它简直是监控全人类的最好工具，无论走到哪里，你的一举一动都可能被记录和观察。

在未来的2060年，你坐在电动豪华车Tesla Model Z里，电车正悬浮在空中，以次音速自动前往某地。某地机器人暴动破坏基础设施，出现不少人类伤亡。你是心急如焚的救援人员，转动手中的苹果戒指5，心想：“我要看看当地的伤员分布图。”戒指感应到你的思想，在眼前浮现出3D虚拟现实界面——这是发生机器人暴动地的鸟瞰街景，其中的红点标注着危急伤员的位置。你在空气中滑动手指，接口立刻放大到一个最严重伤员的位置，详细显示出他的一系列生理指针、受伤的部位和预估的救援剩余时间。你心想：“我需要一个计划。”眼前的地图自动更新显示出一个路线图，指出了最佳的救援行动路径。但你不知道，在几十年前信息化不足的时代，搜救工作从来不是如此高效率。如何将开头的科幻变为现实？试想有一天，数据收集终端可变得如沙粒般微小，并能散布于地球的各个角落，整个地球就如同一个巨大的显示器，每个沙粒般微小的终端，就是这巨型屏幕的一个点。在中央计算器的监控下，每一个坐标的物理量（GPS坐标、温度、湿度、速度、光强、磁场强度等）信息都尽收眼底。这些惊人的大数据，都可以被全球的中心云端服务器实时监控、追踪和分析 。而实现这样终极信息化的处理器，正是被我们称之为“智能微尘”（Smart Dust）的极度微小、高度集成的传感器系统。

隐私全暴露，但灾难搜救、疾病检测更准确

这听起来像是个让人毛骨悚然、没有任何隐私的世界——智能微尘，简直是监控全人类的最好工具，无论走到哪里，你的一举一动都可能被记录和观察。但任何事都是一体两面，最坏的世界某种程度上也是最好的世界。假设地球上每一点的物理量都被动态监控，天气预报、地质勘探、地震预报、洋流检测等都将极度准确。宇宙勘探——只需要发射一个装满智能微尘的炸弹，令其爆破后的尘埃遍布星球表面，整个地表的形貌测绘、地质勘探将轻而易举；灾难搜救——利用智能微尘使整个海洋，包括海洋中的所有物体能被清晰3D成像，搜救工作就变成一个形状模式识别的过程，只需要计算机即可定位；地质勘测也一样，如果这样的智能微尘能被注入深层地底下，那么资源检测和地震预报也都极度信息化。人类个体，也会因智能微尘而获得诸多福利——疾病检测将变得非常容易。

软硬件跃进，可望脱离科幻小说层面

智能微尘这个概念最早在1992年被提出，1990年代开始被美国国防高等研究计划署出资研究。这一概念的愿景，是由一系列具备通讯模块的微型传感器，来组成一个分布于环境中的监测网络。每一个监测处理器就是所谓的「微尘」，成千上万的微尘散播在环境中，彼此之间用自我组织方式构成无线网络，来收集环境数据（温度、气压等）。收集到的数据则透过「微尘」的通讯模块，传向终端的计算机（或云端服务器）来分析和处理。如果要实现这个总体的微尘网络，单个的微尘必须具备这几个功能模块：传感器模块，用于采集环境数据；通讯模块，用于无线传输数据；电源模块，用于供电和自充电；微处理器模块，用于控制和调度所有的模块。如果将要监测环境变量的区域，想象成人类的皮肤，那么可以将每个智能微尘，想象成人类的单个触觉神经元。神经元能收集触觉讯号，同时也能相互连接成网络来传递这些讯号。外界的刺激在神经元之间相互传递，最终被传向大脑，由大脑来分析处理触觉讯号，得到触觉的意识。一个智能微尘网络也有非常相似的架构：被进行环境变量采集的区域，就好比是人的皮肤；而每个智能微尘，就好比是每个神经元；中央云端服务器就好比是人的大脑。数据由微尘采集并传输，直至最终到达云端服务器。近几年很红的名词叫物联网，目标是把常见的设备都连入互联网。拿家用设备来说，电灯、冰箱、门窗、空调等全部智慧化，连入互联网，让家居信息化和可自动控制化。而智能微尘的网络（Internet of Smart dust），可被视为一种终极的物联网。要实现这个微尘传感器网络的宏图，核心技术还是制作出单个微尘。这实际上是一个「麻雀虽小，五脏俱全」的微型计算机处理器。前面提到了必须具备传感器、通讯、电源、微处理器四大模块。而这些所有的模块加在一起，要达到灰尘的尺寸，也就是几十微米。这其中的难度可想而知。加州大学柏克莱分校的教授，在2000年提出智能微尘的概念。基于当时的技术水准，这个所谓的「微尘」体积定位有5立方毫米之大，距离「微尘」还有很大的差距。要做出我们目标中的微尘，5立方毫米是远远不够的。还需要进一步微小化，让整个系统的尺寸达到微米的级别，也就是再缩小至将近千分之一。这真是一个知易行难的事情——按照如今每两年面积缩小一半来计算，实现这个尺寸需要20年的时间。当然，低功耗和微尺寸只是指做出单个原型微尘要达到的目标。要实现工业化大量生产智能微尘，让它们能真正分布于我们的环境中，还需要满足更为苛刻的工业化生产条件，这包括低生产成本、稳定性良好、抗环境干扰、工作寿命长等条件。因为这些苛刻的条件，导致在其概念提出20年后的今天，智能微尘仍停留在理论阶段。但随着近年半导体技术、传感器技术、大数据和云端运算的飞速发展，这项理论逐渐有可能脱离科幻小说层面。

节点数庞大，仰赖网络技术与超级大数据

当智能微尘的硬件实践成为可能，软件方面的数据处理，也将面临极大的挑战。智能微尘不仅每个处理器体积极小，网络的节点数目也十分庞大。这对控制软件、网络技术和数据处理都产生更高的要求。从网络技术来讲，智能微尘基于一种分布式的网络，这样的分布式网络有什么好处？首先这对于单个传感器来讲，是一种低功耗的工作模式——数据只需要传向近距离的相邻节点，而不是远程的基地台服务器；其次，这种分布式网络的可靠性也更强——对整个网络来讲，没有任何一个节点是不可或缺的，这样即便有一些节点电源耗尽或损坏，整个网络仍能正常运作，只是少采集几个数据点而已；最后，这样的网络也不需要精心设计，而是以一种「自我组织」的方式自动连接。当然，这样的网络，还要在通讯协议和数据传输模式上精心设计，以保证低功耗的要求，而且数据传输在此基础上，有最少的重码率和误码率。这不但需要研究能适应如此大规模网络的数据传输算法，而且还需要制定新的标准，保证不同的智能微尘系统能被连接在一起。如果解决了互联网的难题，我们就能透过云端服务器，来收集智能微尘网络采集的数据。这样新的难题又来了。如今的移动终端仅限于个人计算机、平板计算机和手机，即便这样，我们已需要面对海量的数据整理、储存和分析，也就是现在的热门话题——大数据。当我们制作智能微尘网络后，网络节点数目一下增加了好几倍，每个节点又会全天候不间断采集环境物理量，这样我们面对的，不仅是大数据，而是超级大数据。因为数据量将随着数据终端的数目，呈现超大规模的增长。这么大的数据量，我们现有的云端运算能应对吗？如何处理这么大规模的数据？这些都将是棘手的难题。

未来应用，气象预报、外星探测都派上用场

在现阶段的技术水准，物联网和可穿戴产品初露头角。而智能微尘，其实可以看作是终极的物联网。智能微尘是下一代的超级物联网的数据采集终端。它所带来的未来，使得这个概念成为下一代技术中，一颗耀眼的明珠。这种微尘传感器网络，能被用于气象预报、地质检测、灾难救援、无人监控、医疗应用、外星探测及军事情报收集等领域。但想实现这项愿景，却面临诸多困难的课题：它需要微处理器、通讯模块、传感器模块、电源模块的高度单片集成，先进的高密度电池技术和自充电技术，以及新的网络传输技术和大数据技术等。想实现智能微尘，需要整个工业界的推动和进步，不是一两个创新就能达成，也不是一朝一夕的事。

回顾人类科技走过的一百年，有谁能在计算机刚诞生时，预见如今集成度如此高的智能机系统、可穿戴设备和物联网系统？又有谁能预见如今的互联网技术和大数据技术？