這聽起來(lái)像是個(gè)讓人毛骨悚然、沒(méi)有任何隱私的世界。智能微塵，它簡(jiǎn)直是監(jiān)控全人類的最好工具，無(wú)論走到哪里，你的一舉一動(dòng)都可能被記錄和觀察。

在未來(lái)的2060年，你坐在電動(dòng)豪華車Tesla Model Z里，電車正懸浮在空中，以次音速自動(dòng)前往某地。某地機(jī)器人暴動(dòng)破壞基礎(chǔ)設(shè)施，出現(xiàn)不少人類傷亡。你是心急如焚的救援人員，轉(zhuǎn)動(dòng)手中的蘋果戒指5，心想：“我要看看當(dāng)?shù)氐膫麊T分布圖?！苯渲父袘?yīng)到你的思想，在眼前浮現(xiàn)出3D虛擬現(xiàn)實(shí)界面——這是發(fā)生機(jī)器人暴動(dòng)地的鳥瞰街景，其中的紅點(diǎn)標(biāo)注著危急傷員的位置。你在空氣中滑動(dòng)手指，接口立刻放大到一個(gè)最嚴(yán)重傷員的位置，詳細(xì)顯示出他的一系列生理指針、受傷的部位和預(yù)估的救援剩余時(shí)間。你心想：“我需要一個(gè)計(jì)劃?！毖矍暗牡貓D自動(dòng)更新顯示出一個(gè)路線圖，指出了最佳的救援行動(dòng)路徑。但你不知道，在幾十年前信息化不足的時(shí)代，搜救工作從來(lái)不是如此高效率。如何將開頭的科幻變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)？試想有一天，數(shù)據(jù)收集終端可變得如沙粒般微小，并能散布于地球的各個(gè)角落，整個(gè)地球就如同一個(gè)巨大的顯示器，每個(gè)沙粒般微小的終端，就是這巨型屏幕的一個(gè)點(diǎn)。在中央計(jì)算器的監(jiān)控下，每一個(gè)坐標(biāo)的物理量（GPS坐標(biāo)、溫度、濕度、速度、光強(qiáng)、磁場(chǎng)強(qiáng)度等）信息都盡收眼底。這些驚人的大數(shù)據(jù)，都可以被全球的中心云端服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)控、追蹤和分析 。而實(shí)現(xiàn)這樣終極信息化的處理器，正是被我們稱之為“智能微塵”（Smart Dust）的極度微小、高度集成的傳感器系統(tǒng)。

隱私全暴露，但災(zāi)難搜救、疾病檢測(cè)更準(zhǔn)確

這聽起來(lái)像是個(gè)讓人毛骨悚然、沒(méi)有任何隱私的世界——智能微塵，簡(jiǎn)直是監(jiān)控全人類的最好工具，無(wú)論走到哪里，你的一舉一動(dòng)都可能被記錄和觀察。但任何事都是一體兩面，最壞的世界某種程度上也是最好的世界。假設(shè)地球上每一點(diǎn)的物理量都被動(dòng)態(tài)監(jiān)控，天氣預(yù)報(bào)、地質(zhì)勘探、地震預(yù)報(bào)、洋流檢測(cè)等都將極度準(zhǔn)確。宇宙勘探——只需要發(fā)射一個(gè)裝滿智能微塵的***，令其爆破后的塵埃遍布星球表面，整個(gè)地表的形貌測(cè)繪、地質(zhì)勘探將輕而易舉；災(zāi)難搜救——利用智能微塵使整個(gè)海洋，包括海洋中的所有物體能被清晰3D成像，搜救工作就變成一個(gè)形狀模式識(shí)別的過(guò)程，只需要計(jì)算機(jī)即可定位；地質(zhì)勘測(cè)也一樣，如果這樣的智能微塵能被注入深層地底下，那么資源檢測(cè)和地震預(yù)報(bào)也都極度信息化。人類個(gè)體，也會(huì)因智能微塵而獲得諸多福利——疾病檢測(cè)將變得非常容易。

軟硬件躍進(jìn)，可望脫離科幻小說(shuō)層面

智能微塵這個(gè)概念最早在1992年被提出，1990年代開始被美國(guó)國(guó)防高等研究計(jì)劃署出資研究。這一概念的愿景，是由一系列具備通訊模塊的微型傳感器，來(lái)組成一個(gè)分布于環(huán)境中的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)監(jiān)測(cè)處理器就是所謂的「微塵」，成千上萬(wàn)的微塵散播在環(huán)境中，彼此之間用自我組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，來(lái)收集環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、氣壓等）。收集到的數(shù)據(jù)則透過(guò)「微塵」的通訊模塊，傳向終端的計(jì)算機(jī)（或云端服務(wù)器）來(lái)分析和處理。如果要實(shí)現(xiàn)這個(gè)總體的微塵網(wǎng)絡(luò)，單個(gè)的微塵必須具備這幾個(gè)功能模塊：傳感器模塊，用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)；通訊模塊，用于無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)；電源模塊，用于供電和自充電；微處理器模塊，用于控制和調(diào)度所有的模塊。如果將要監(jiān)測(cè)環(huán)境變量的區(qū)域，想象成人類的皮膚，那么可以將每個(gè)智能微塵，想象成人類的單個(gè)觸覺神經(jīng)元。神經(jīng)元能收集觸覺訊號(hào)，同時(shí)也能相互連接成網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳遞這些訊號(hào)。外界的刺激在神經(jīng)元之間相互傳遞，最終被傳向大腦，由大腦來(lái)分析處理觸覺訊號(hào)，得到觸覺的意識(shí)。一個(gè)智能微塵網(wǎng)絡(luò)也有非常相似的架構(gòu)：被進(jìn)行環(huán)境變量采集的區(qū)域，就好比是人的皮膚；而每個(gè)智能微塵，就好比是每個(gè)神經(jīng)元；中央云端服務(wù)器就好比是人的大腦。數(shù)據(jù)由微塵采集并傳輸，直至最終到達(dá)云端服務(wù)器。近幾年很紅的名詞叫物聯(lián)網(wǎng)，目標(biāo)是把常見的設(shè)備都連入互聯(lián)網(wǎng)。拿家用設(shè)備來(lái)說(shuō)，電燈、冰箱、門窗、空調(diào)等全部智慧化，連入互聯(lián)網(wǎng)，讓家居信息化和可自動(dòng)控制化。而智能微塵的網(wǎng)絡(luò)（Internet of Smart dust），可被視為一種終極的物聯(lián)網(wǎng)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)微塵傳感器網(wǎng)絡(luò)的宏圖，核心技術(shù)還是制作出單個(gè)微塵。這實(shí)際上是一個(gè)「麻雀雖小，五臟俱全」的微型計(jì)算機(jī)處理器。前面提到了必須具備傳感器、通訊、電源、微處理器四大模塊。而這些所有的模塊加在一起，要達(dá)到灰塵的尺寸，也就是幾十微米。這其中的難度可想而知。加州大學(xué)柏克萊分校的教授，在2000年提出智能微塵的概念?；诋?dāng)時(shí)的技術(shù)水準(zhǔn)，這個(gè)所謂的「微塵」體積定位有5立方毫米之大，距離「微塵」還有很大的差距。要做出我們目標(biāo)中的微塵，5立方毫米是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。還需要進(jìn)一步微小化，讓整個(gè)系統(tǒng)的尺寸達(dá)到微米的級(jí)別，也就是再縮小至將近千分之一。這真是一個(gè)知易行難的事情——按照如今每?jī)赡昝娣e縮小一半來(lái)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)這個(gè)尺寸需要20年的時(shí)間。當(dāng)然，低功耗和微尺寸只是指做出單個(gè)原型微塵要達(dá)到的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大量生產(chǎn)智能微塵，讓它們能真正分布于我們的環(huán)境中，還需要滿足更為苛刻的工業(yè)化生產(chǎn)條件，這包括低生產(chǎn)成本、穩(wěn)定性良好、抗環(huán)境干擾、工作壽命長(zhǎng)等條件。因?yàn)檫@些苛刻的條件，導(dǎo)致在其概念提出20年后的今天，智能微塵仍停留在理論階段。但隨著近年半導(dǎo)體技術(shù)、傳感器技術(shù)、大數(shù)據(jù)和云端運(yùn)算的飛速發(fā)展，這項(xiàng)理論逐漸有可能脫離科幻小說(shuō)層面。

節(jié)點(diǎn)數(shù)龐大，仰賴網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與超級(jí)大數(shù)據(jù)

當(dāng)智能微塵的硬件實(shí)踐成為可能，軟件方面的數(shù)據(jù)處理，也將面臨極大的挑戰(zhàn)。智能微塵不僅每個(gè)處理器體積極小，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)目也十分龐大。這對(duì)控制軟件、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理都產(chǎn)生更高的要求。從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)講，智能微塵基于一種分布式的網(wǎng)絡(luò)，這樣的分布式網(wǎng)絡(luò)有什么好處？首先這對(duì)于單個(gè)傳感器來(lái)講，是一種低功耗的工作模式——數(shù)據(jù)只需要傳向近距離的相鄰節(jié)點(diǎn)，而不是遠(yuǎn)程的基地臺(tái)服務(wù)器；其次，這種分布式網(wǎng)絡(luò)的可靠性也更強(qiáng)——對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來(lái)講，沒(méi)有任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)是不可或缺的，這樣即便有一些節(jié)點(diǎn)電源耗盡或損壞，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)仍能正常運(yùn)作，只是少采集幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)而已；最后，這樣的網(wǎng)絡(luò)也不需要精心設(shè)計(jì)，而是以一種「自我組織」的方式自動(dòng)連接。當(dāng)然，這樣的網(wǎng)絡(luò)，還要在通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸模式上精心設(shè)計(jì)，以保證低功耗的要求，而且數(shù)據(jù)傳輸在此基礎(chǔ)上，有最少的重碼率和誤碼率。這不但需要研究能適應(yīng)如此大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸算法，而且還需要制定新的標(biāo)準(zhǔn)，保證不同的智能微塵系統(tǒng)能被連接在一起。如果解決了互聯(lián)網(wǎng)的難題，我們就能透過(guò)云端服務(wù)器，來(lái)收集智能微塵網(wǎng)絡(luò)采集的數(shù)據(jù)。這樣新的難題又來(lái)了。如今的移動(dòng)終端僅限于個(gè)人計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)和手機(jī)，即便這樣，我們已需要面對(duì)海量的數(shù)據(jù)整理、儲(chǔ)存和分析，也就是現(xiàn)在的熱門話題——大數(shù)據(jù)。當(dāng)我們制作智能微塵網(wǎng)絡(luò)后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目一下增加了好幾倍，每個(gè)節(jié)點(diǎn)又會(huì)全天候不間斷采集環(huán)境物理量，這樣我們面對(duì)的，不僅是大數(shù)據(jù)，而是超級(jí)大數(shù)據(jù)。因?yàn)閿?shù)據(jù)量將隨著數(shù)據(jù)終端的數(shù)目，呈現(xiàn)超大規(guī)模的增長(zhǎng)。這么大的數(shù)據(jù)量，我們現(xiàn)有的云端運(yùn)算能應(yīng)對(duì)嗎？如何處理這么大規(guī)模的數(shù)據(jù)？這些都將是棘手的難題。

未來(lái)應(yīng)用，氣象預(yù)報(bào)、外星探測(cè)都派上用場(chǎng)

在現(xiàn)階段的技術(shù)水準(zhǔn)，物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴產(chǎn)品初露頭角。而智能微塵，其實(shí)可以看作是終極的物聯(lián)網(wǎng)。智能微塵是下一代的超級(jí)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集終端。它所帶來(lái)的未來(lái)，使得這個(gè)概念成為下一代技術(shù)中，一顆耀眼的明珠。這種微塵傳感器網(wǎng)絡(luò)，能被用于氣象預(yù)報(bào)、地質(zhì)檢測(cè)、災(zāi)難救援、無(wú)人監(jiān)控、醫(yī)療應(yīng)用、外星探測(cè)及軍事情報(bào)收集等領(lǐng)域。但想實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)愿景，卻面臨諸多困難的課題：它需要微處理器、通訊模塊、傳感器模塊、電源模塊的高度單片集成，先進(jìn)的高密度電池技術(shù)和自充電技術(shù)，以及新的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)等。想實(shí)現(xiàn)智能微塵，需要整個(gè)工業(yè)界的推動(dòng)和進(jìn)步，不是一兩個(gè)創(chuàng)新就能達(dá)成，也不是一朝一夕的事。

回顧人類科技走過(guò)的一百年，有誰(shuí)能在計(jì)算機(jī)剛誕生時(shí)，預(yù)見如今集成度如此高的智能機(jī)系統(tǒng)、可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)？又有誰(shuí)能預(yù)見如今的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)？