[讨论] 智能微尘：魔鬼还是天使？

ocibala

智能微尘(smart dust)是指具有电脑功能的一种超微型传感器,它可以探测周围诸多环境参数，能够收集大量数据，进行适当计算处理，然后利用双向无线通信装置将这些信息在相距1000英尺的微尘器件间往来传送。智能微尘的应用范围很广，除了主要应用于军事领域外，还可用于健康监控，环境监控，医疗等许多方面。但目前仍存在一些技术瓶颈，限制了其向市场产品的广泛转化。

智能微尘概述

智能微尘是一个具有电脑功能的超微型传感器，它由微处理器、双向无线电接收装置和使它们能够组成一个无线网络的软件共同组成。将一些微尘散放在一个场地中，它们就能够相互定位，收集数据并向基站传递信息。如果一个微尘功能失常，其他微尘会对其进行修复。

近几年，由于硅片技术和生产工艺的突飞猛进，集成有传感器、计算电路、双向无线通信技术和供电模块的微尘器件的体积已经缩小到了沙粒般大小，但它却包含了从信息收集、信息处理到信息发送所必需的全部部件，未来的智能微尘甚至可以悬浮在空中几个小时，搜集、处理、发射信息。它能够仅依靠微型电池就能工作多年。

智能微尘的应用

1、军事应用:

智能微尘系统也可以部署在战场上，远程传感器芯片能够跟踪敌人的军事行动，智能微尘可以被大量地装在宣传品，子弹或炮弹壳中，在目标地点撒落下去，形成严密的监视网络，敌国的军事力量和人员、物资的运动自然一清二楚。

美国五角大楼希望在战场上放置这种微小的无线传感器，以秘密监视敌军的行踪。美国国防部在四年以前就已经把它列为一个重点研发项目。如果像美国预想的那样，智能微尘用在战场上，美国的军事实力又将与其他国家再度拉开距离。智能微尘还可以用于防止生化攻击——智能微尘可以通过分析空气中的化学成分来预告生化攻击。此外，智能微尘还有许多具体的军事应用。

2、远程健康监控:

通过这种无线装置，可以定期检测人体内的葡萄糖水平、脉搏或含氧饱和度，将信息反馈给本人或你的医生，用它来监控病人或老年人的生活。将来老年人或病人生活的屋里将会布满各种智能微尘监控器，如嵌在手镯内的传感器会实时发送老人或病人的血压情况，地毯下的压力传感器将显示老人的行动及体重变化，门框上的传感器了解老人在各房间之间走动的情况，衣服里的传感器送出体温的变化，甚至于抽水马桶里的传感器可以及时分析排泄物并显示出问题……这样，老人或病人即使单独一个人在家也是安全的。

3、医疗应用:

英特尔正在研究通过检测压力来预测初期溃疡的“Smart Socks”，以及通过检测伤口化脓情况来确定有效抗生物质的“智能绷带”。如果一个胃不好的病人吞下一颗米粒大小的小金属块就可以在电脑中看到自己胃肠中病情发展的状况，对任何一个胃不好的人来说无疑都是一个福音。智能微尘将来可以植入人体内，为糖尿病患者监控血糖含量的变化。糖尿病人可能需要看着电脑屏幕上显示的血糖指数才能决定合适自己的食物。

4、防灾领域的应用:

智能微尘可能会用于发生森林火灾时通过从直升机飞播温度传感器来了解火灾情况。作为进一步的应用，将用于通过传感器网络调查北太平洋海洋板块的美国华盛顿大学“海洋项目”及美国正在推进的行星网络项目中。

5、大面积，长距离无人监控:

以我国西气东输及输油管道的建设为例，由于这些管道在很多地方都要穿越大片荒无人烟的无人区。这些地方的管道监控一直都是道难题，传统的人力巡查几乎是不可能的事，而现有的监控产品，往往复杂且昂贵。智能微尘的成熟产品布置在管道上将可以实时地监控管道的情况，一旦有破损或恶意破坏都能在控制中心实时了解到。如果智能微尘的技术成熟了，仅西气东输这样的一个工程就可能带来上亿元的资金节省。

电力监控方面同样如此，据了解，由于电能一旦送出就无法保存，因此，电力管理部门一般都会层层要求下级部门每月上报地区用电要求，但地区用电量的随时波动使这一数据根本无法准确，国内有些地方供电局就常常因数据误差太大而遭上级部门的罚款。但一旦用智能微尘来监控每个用电点的用电情况，这种问题就将迎刃而解。

总之，从在拥挤的闹市区可用作交通流量监测器，在家庭则可监测各种家电的用电情况以避开高峰期到感应工业设备的非正常振动来确定制造工艺缺陷，智能微尘技术潜在的应用价值非常之大。而且，微尘器件的价格将大幅下降，今天已在50到100美元之间，预计5年之内将降到1美元左右，这预示着智能微尘具有广阔的市场前景。

智能微尘技术的瓶颈及其突破

虽然智能微尘应用前景十分美好，但当前仍存在着若干技术难题，还不能走向广泛应用。研究者们在将MEMS与其他电子器件集成到单一芯片的过程中遇到了严峻的挑战。当前研究者们的目标是如何将5mm级的微尘芯片缩小到1mm。

卡内基梅隆大学MEMS实验室的联合创始人之一Fedder试图利用最新的制造工艺与最先进的设计技术解决这些难题，但要取得突破还有大量的工作要做。而且这需要杰出的、具有超凡的攻关能力的设计工程师来把所有功能集成到单一芯片内。目前，研究者们一直在努力开发先进的设计工具以帮助工程师们最终完成这项艰巨的研究任务。

由于研究者们认识到智能微尘技术必将获得广泛应用，并对人类社会产生重大影响，辛勤工作的价值即在于此。这也是美国国防高级研究计划局于1998年便对加州大学伯克利分校该项技术的研究进行资助的原因。

如何对这些极小的微型机械进行供电是当前设计者们所面临的另一个棘手难题。当前这些系统的测试或应用都要靠微型电池供电。比较理想的情况是，未来能随意部署这些无线微尘器件，而无电能之忧。

目前，部分研究者们致力于开发所谓的低功耗专用布线协议，以便能用最少的能量实现微尘之间的信息传输。过去两年里，加州大学伯克利分校、麻省理工学院和加州大学已经开始对这样的能源供给问题展开了研究。现在还没有找到一个一揽子解决方案，但近期内无线智能微尘的供电和尺寸两个问题都可望有所突破。在尺寸方面，两年内有可能把几个功能半导体集成到一个半导体上。

至于供电问题，加州大学伯克利分校Shad Roundy研究的燃料电池可延长智能微尘器件的工作时间。该燃料电池可以吸收周围工业机械设备振动时所产生的能量，或者从低度光源收集能量，这种技术有望在5年内有所突破。

虽然智能微尘具有极广泛的应用前景,而且研究人员和商业开发者们都渴望智能微尘技术能积极推广应用，但也谨慎地指出，尺寸问题和供电问题需要尽快解决。技术还没有成熟，广泛应用估计还需要几年时间。

[ 本帖最后由 飛翔... 于 21-7-2007 02:17 PM 编辑 ]

ocibala

有一种东西，它可以使美国加利福尼亚一年省下7亿~8亿美元的电费；同样是这种东西，它可以让你家里的蟑螂成为窥视个人隐私的工具。这种东西正是西方一些研究机构津津乐道的未来产品-----智能微尘(Smart Dust)。这样一种东西到底是魔鬼还是天使？

智能微尘实际上是一个可能比米粒还小的计算机。从我们肉眼看来，它也许和一粒沙子没有什么区别，但是，它是一种有智能的“沙子”……

“沙子”的智力

现代微电子技术是以硅为原料发展起来的，众所周知，沙子是我们周围最常见的含硅物质。而微电子技术发展的最终结果将可能使“沙子”也拥有智能——有一天你拣到一粒智能沙子，当你拿起它时，它已经将你的相关信息传到某个数据中心，这决不是天方夜谭，因为也许你拣到的是一颗和沙子一样大小的“智能微尘”。

尽管我们从肉眼看来，一个一立方毫米甚至更小的智能微尘与沙子没多少区别，但它却拥有传感器、处理器、电池、网络连接装置、存储单元等一系列我们今天在电脑里才会看到的功能模块。这就是被称为“智能微尘”的东西，它拥有的这一系列模块组合在一起意味着它可以做各种各样我们今天无法想象的工作。

如图1所示，智能微尘实际上在一立方毫米的范围内包含了从信息收集、信息处理到信息发送的所有必需部件。

尽管国内对智能微尘的报道还是凤毛鳞角，但国外这种产品的研发早在多年以前就已经开始，美国国防部在4年以前就已经把它列为一个重点研发项目。国外已经有多达上百家企业、大学及其他研究机构在从事智能微尘的研究，其中，美国媒体报道最多的是英特尔公司和加州的伯克利大学。有报道称，美国国防部针对智能微尘的开发和应用研究也正是委托给这两个机构来实施的。早在1999年，美国伯克利大学的研究机构就已经将智能微尘缩小到5毫米长度之内，而从最近的一些国外报道来看，智能微尘的开发已经把目标定位于一立方毫米或更小的尺寸上。不仅如此，有研究员称，未来的智能微尘甚至可以在数小时内悬浮在空中，搜集、处理、发射信息。这样，它将可以用于天气监测的传感器。

这种“最小”的电脑设备甚至可以做成标准的硬件，然后通过编程来实现各种不同的功能。这样，像现在的芯片一样大规模地生产带来的低成本使人们可以在未来的电子市场上成把地买回家做各种用途。

尽管智能微尘的体积非常小，但它却几乎可以“永久”使用。因为它不仅拥有一块微型的薄膜电池，而且拥有一个微型的太阳能电池为它充电（如图1所示）。


智能微尘的发展并不是一个单独的研究项目，它与目前其他技术的发展有着非常密切的关系。在制造工艺上，90纳米技术将为智能微尘尺寸的进一步缩小和功能的提升提供了可能性；在功能模块上，另一个热门的研究MEMS（微型机电系统）也已经被应用于智能微尘；此外，像UWB（超宽带）技术标准的开发也都将会影响智能微尘的发展，因为，UWB可以使用更低的功耗实现更高的无线传输带宽，而智能微尘的数据传输必须借助无线通信，功耗和传输能力一直是它的瓶颈。从图 1中，我们就可以看到，电池占据了智能微尘体积中的绝大部分，一旦功耗降低就可能进一步降低体积。

有人甚至设想了用一种直径2毫米、高仅9毫米的微型火箭来“运载”智能微尘到指定地点。他们设想：“这种有效载荷为1毫克的微型火箭将在10秒钟内产生2G的加速度。”这种设想如果成为现实，气象中的很多监测都可以把一些能够悬浮在空中的智能微尘发射到指定高度来完成。

根据专家的介绍，目前智能微尘面临最具挑战性的技术难题之一是如何在低功耗下实现远距离传输。据说，有人已经用光通信实现了21英里监控。另一个技术难题在于如何将大量智能微尘自动组织成网络。

值得一提的是，这种看起来像是科幻故事中才有的高科技产品实际上已经开始进入原型的试验阶段。由美国国防部组织的一次全球性测试已经展开，这些被测试的 “小家伙”将收集世界各地的信息，然后传送到指定的数据中心。专家称，这些产品一旦设计成熟，它就会被集成到不到一立方毫米的小颗粒中。因此，实际上它的应用已经离我们如此地接近。就以美国国防部用它来收集战场信息的应用来看，我们甚至很难说，不久后可能再次爆发的海湾战争会不会成为智能微尘第一次实际应用的检验。  

如果一个胃不好的病人吞下一颗米粒大小的小金属块就可以在电脑中看到自己胃肠中病情发展的状况，对任何一个胃不好的人来说无疑都是一个福音。事实上，智能微尘可以给人们带来的方便仍是今天我们还不能想象的。

天使的面孔

智能微尘能带来的用途是显而易见的。就以我国西气东输及输油管道的建设为例，由于这些管道在很多地方都要穿越大片荒无人烟的无人区。这些地方的管道监控一直都是道难题，传统的人力巡查几乎是不可能的事，而现有的监控产品，往往复杂且昂贵。智能微尘的成熟产品布置在管道上将可以实时地监控管道的情况。一旦有破损或恶意破坏都能在控制中心实时了解到。如果智能微尘成熟，仅西气东输这样的一个工程就可能带来上亿元的资金节省。

电力监控方面同样如此，据了解，由于电能一旦送出就无法保存，因此，电力管理部门一般都会层层要求下级部门每月上报地区用电要求，但地区用电量的随时波动使这一数据根本无法准确，国内有些地方供电局就常常因数据误差太大而遭上级部门的罚款。但一旦用智能微尘来监控每个用电点的用电情况，这种问题就将迎刃而解。伯克利大学的研究员称，如果美国加州将这种产品应用于电力使用状况监控，电力调控中心每年将可以节省7亿～8亿美元。

智能微尘另一个已经被列入研究日程的应用是用它来监控病人或老年人的生活，根据Intel的研究意图，将来老年人或病人生活的屋里将会布满各种智能微尘监控器，如嵌在手镯内的传感器会实时发送老人或病人的血压情况，地毯下的压力传感器将显示老人的行动及体重变化，门框上的传感器了解老人在各房间之间走动的情况，衣服里的传感器送出体温的变化，甚至于抽水马桶里的传感器可以及时分析排泄物并显示出问题……这样，老人或病人即使单独一个人在家也是安全的。

类似地，IBM研究部门的一位资深副总裁在他的一次演讲中称，智能微尘将来可以植入人体内，为糖尿病患者监控血糖含量的变化。一个有点滑稽的结果可能是:糖尿病人看着电脑屏幕上显示的血糖指数才能决定自己是否还可以再吃点什么。

另一位教授则称智能微尘可以用于防止生化攻击——智能微尘可以通过分析空气中的化学成分来预告生化攻击。

智能微尘中诸如此类的应用不胜枚举，但是，它可能带来的负面影响同样不容忽视。


如果有一天，你家里的蟑螂也被别人“收买”，成为监视你一举一动的“间谍”，你一定不要感到惊讶，因为这种“收买”所要做的不过是把一只背上粘了一小颗智能微尘的蟑螂放到你家里。这时，你还会感激智能微尘的发明者吗？

魔鬼的力量

前不久针头摄像机的流传就已经引起了广泛的关注，但这种东西比起未来几年将要走进市场的智能微尘来说简直就是小儿科。正是因为这样的原因，一些科学家一直担心公众将会如何看待智能微尘的到来。

在智能微尘面前，我们的个人隐私不复存在，不仅如此，有人近乎夸张地担心称，一些公司可能会用它来监控每个员工的行踪，而不像我们现在这样上下班打卡。科学家预计这种智能微尘的价格将会下降到1美元以下——任何一家公司或个人都有能力在公司内布满这样的监控点。而对于企业的领导来说，也许员工进入领导办公室谈了一番话后就留下了几件“小礼物”，从此，领导的每一个决策，每一次谈话都被窃听。结果，使正常的商业秩序变得一团糟。

另外，如果像美国预想的那样，智能微尘用在战场上，美国的军事实力又将与其他国家再度拉开距离。这对于与它对峙的国家来说，又将是一场恶梦。按照美国军事应用的设想，智能微尘可以被大量地装在子弹或炮弹壳中，在目标地点撒落下去，形成严密的监视网络。其结果自然是敌国的军事力量和人员、物资的运动一清二楚。

至于曾经让人们大饱眼福的间谍片中的微型摄像机之类的专门用具在智能微尘这种真正的高科技产品面前不值一提。因此，无论是商业机密还是国家机密，想要避免对手的窃取都将越来越困难。记得以前曾经有一个科幻故事讲一个微型机器人骑着一个电子蜻蜓飞到机要部门里安装一个微型窃听装置。这种情况不用太久可能就会成为现实。

所以这种问题在最近的二三年内还不用太担心，但有专家预计，2010年左右，这种产品就会走向大规模应用，届时，我们看到它天使的脸的同时也会看到魔鬼的力量。


智能微尘还没有真正应用以前，我们仍无法确认它将会带给我们什么，对此，我们能做的只能是期待事实的验证。

魔鬼还是天使？

针对智能微尘可能带来的监视问题，英国曾经展开过一项调查，这项针对街头监视器的调查表明，年轻人对监视器的存在习以为常，而年纪较大的人往往比较反感。这意味着人们正在逐渐淡化隐私的观念。但是，专家认为智能微尘将带来人们何种态度仍是个未知数，毕竟智能微尘可能监视的不仅仅是你在公共场合的情况，它甚至可能在你不知情地情况下进入你的身体监视你身体内的情况。

不管我们是否接受，智能微尘已经不再遥远，至于它带给我们的是福是祸没有人能准确地预测。也许这样的新技术对我们来说就像是那个捞到装了魔鬼的瓶子的渔夫——也许得到魔鬼的感激，也许收到它的愤怒。不同的是，人类一旦开启了这个瓶子将不会有机会再把它盖上。

leessearle2004

智能微尘是魔鬼还是天使，要看人们如何应用此科技。

所谓既药即毒。
看人类如何使用。

自由人(金牛)

我想没有一种发明是完美的, 一定会有好处与坏处. 至于它会带来什么样的影响, 是好多处多, 还是坏处多, 还言之过早, 还需要观察大家如何运用它吧...