傳感器的未來：10年后我們將會生活在一個透明的世界

　　【儀表網(wǎng) 儀表產(chǎn)業(yè)】2014年，在芬蘭的一個傳染病實驗室里，衛(wèi)生研究員佩特里·拉特拉(Petteri Lahtela)發(fā)現(xiàn)了一件奇怪的事情，他突然意識到他所研究的很多問題的條件都存在著重疊。例如，在檢查一些醫(yī)生認(rèn)為互不相關(guān)的疾病時，比如萊姆病、心臟病、糖尿病等，他發(fā)現(xiàn)所有這些疾病都對睡眠有負(fù)面影響。
 

　　這就引發(fā)了一個因果關(guān)系問題。是所有這些疾病都導(dǎo)致了睡眠問題，還是反過來，通過改善睡眠，這些疾病就能夠治好，或者至少癥狀能夠得到緩解呢？更加重要的是，怎樣才能做到更有效地治愈這些疾病？
 

　　拉特拉發(fā)現(xiàn)，要想解決這些難題，他需要得到相關(guān)數(shù)據(jù)，很多很多數(shù)據(jù)。在收集這些信息的過程中，他很快就意識到自己可以利用最近出現(xiàn)的一個技術(shù)上的轉(zhuǎn)折點。2015年，在智能手機技術(shù)進步的推動下，小而強勁的電池與小而強大的傳感器開始融合到一起。事實上，他意識到，由于它們體積小而功能強大，要建造一種新型的睡眠追蹤器是完全可能的。
 

　　任何電子設(shè)備，如果能夠測量某個物理量(如光、加速度或溫度)，然后將這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的其他設(shè)備，都可以被認(rèn)為是一種傳感器。拉特拉正在考慮的傳感器是一種新型心率監(jiān)測儀。跟蹤睡眠的一個很好的方法是監(jiān)測心率和心率的變異性。雖然市場上已經(jīng)有了很多這樣的追蹤器，但是那些都是很有問題的“老型號”。例如，健身腕帶和蘋果手表，都是通過一個光學(xué)傳感器測量手腕的血流量的。然而，手腕上的動脈位于皮膚表層以下很深的地方，因此無法對血流量進行測量，而且人們通常不會戴著手表睡覺——這會影響它們原本設(shè)計用來測量的睡眠。
 

　　拉特拉發(fā)明的是這種智能手表的升級版，名為“烏拉戒指”(Oura ring)。這款戒指的主體是一條光滑的黑色鈦帶，裝有3個傳感器，可以跟蹤和計算10個不同的身體信號，因此它是市場上比較精確的睡眠追蹤器。穿戴位置和采樣率是它的秘密武器。由于手指上的動脈比手腕上的動脈離皮膚表層更近，烏拉戒指能夠更好地了解心臟的情況。此外，蘋果手表和Garamond每秒只能測量兩次血流量，健身腕帶最多可以測12次，而烏拉戒指則每秒可以測250次。在獨立實驗室進行的研究中，更好的成像質(zhì)量和更高的采樣率相結(jié)合，使烏拉戒指與醫(yī)學(xué)級別的心率跟蹤器相比準(zhǔn)確率達(dá)到了99%，心率變異性的準(zhǔn)確率則達(dá)到了98%。
 

　　20年前，如此精確的傳感器要花費數(shù)百萬美元，而且必須安置在一個相當(dāng)大的房間中。而烏拉戒指的價格約為300美元，并可以直接戴在手指上，這就是指數(shù)型增長對傳感器的影響。傳感器發(fā)展最重要的結(jié)果是通常所稱的“物聯(lián)網(wǎng)”(Internet of Things，IoT)，即將遍布全球的智能設(shè)備互連網(wǎng)絡(luò)。為了更好地理解我們已經(jīng)走了多遠(yuǎn)，有必要回顧一下這場革命的演變過程。
 

　　1989年，發(fā)明家約翰·羅姆尼(John Romkey)將一臺烤面包機連接到互聯(lián)網(wǎng)上，使之成為第一個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。10年后，社會學(xué)家內(nèi)爾·格羅斯(Neil Gross)看到了這個趨勢，他在《商業(yè)周刊》上發(fā)表了一個著名的預(yù)測：“在下個世紀(jì)，整個地球都會蒙上一層電子皮膚。地球?qū)⒗没ヂ?lián)網(wǎng)作為支架，來支持和傳播它的感覺。現(xiàn)在，這層皮膚正在縫合。它由數(shù)百萬個嵌入式電子測量設(shè)備組成：恒溫器、壓力表、污染探測器、照相機、麥克風(fēng)、葡萄糖傳感器、心電圖儀、腦電圖儀等。它們將監(jiān)測城市和瀕危物種、大氣、船只、高速公路和卡車車隊，以及我們的對話、我們的身體，甚至我們的夢想。”
 

　　格羅斯的預(yù)測應(yīng)驗了。到2009年，連接到互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)備數(shù)量已經(jīng)超過地球上的總?cè)丝跀?shù)量(125億個設(shè)備，68億人，或每人1.84個連接設(shè)備)。一年后，在智能手機發(fā)展的推動下，傳感器價格開始暴跌。到2015年，連接到互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)備總數(shù)達(dá)到了150億臺。由于這些設(shè)備中大多數(shù)都包含多個傳感器，例如，平均每臺智能手機大約有20個傳感器。這也解釋了為什么到2020年，人們通常所稱的“我們的萬億傳感器世界”將正式登場。
 

　　我們當(dāng)然不會就此止步。斯坦福大學(xué)的研究人員估計，到2030年，將有5000億臺聯(lián)網(wǎng)設(shè)備(每臺設(shè)備裝有數(shù)十個傳感器)。而根據(jù)埃森哲咨詢公司(Accenture)的研究，這里面所包含的經(jīng)濟價值將達(dá)到14.2萬億美元。隱藏在這些數(shù)字背后的正是格羅斯的思想：那是記錄了地球上的幾乎每一種感覺的“電子皮膚”。
 

　　以光學(xué)傳感器為例。柯達(dá)工程師史蒂文·薩森(Steven Sasson)于1976年發(fā)明了第一臺數(shù)碼相機，它有烤箱那么大，可以拍攝12張黑白照片，而價格則超過了1萬美元。到了今天，普通智能手機配備的攝像頭在重量、成本和分辨率方面都比薩森的數(shù)碼相機提高了數(shù)千倍。這些攝像頭到處都是，汽車上、無人機上、手機上、衛(wèi)星上，并且擁有幾乎令人“毛骨悚然”的圖像分辨率。衛(wèi)星拍攝到的地球影像，已經(jīng)精確到了半米。無人機則進一步縮小到了一厘米。無人駕駛汽車上的激光雷達(dá)傳感器更是幾乎可以捕捉到所有東西，它每一秒鐘都要收集130萬個數(shù)據(jù)點，并能夠記錄單個光子級別的變化。
 

　　在光學(xué)傳感器上，我們看到了三重趨勢：體積和成本不斷下降，同時性能大幅提高。第一臺商用GPS是1981年上市的，它重達(dá)24千克，價格高達(dá)119900美元。到2010年，商用GPS的價格已經(jīng)下降到5美元，體積則小到可以放在你的手指上。為早期火箭導(dǎo)向的“慣性測量裝置”就是一個很好的例子。在20世紀(jì)60年代中期，那還是一個重達(dá)23千克、價格高達(dá)2000萬美元的設(shè)備。如今，你手機里的加速度計和陀螺儀也在做著同樣的事情，但只需要4美元，重量還不如一粒米。
 

　　這些趨勢肯定還會持續(xù)下去。我們正從微觀世界向納米世界邁進。這種進步已經(jīng)導(dǎo)致智能服裝、智能珠寶和智能眼鏡等浪潮的涌起，上面講到過的烏拉戒指就是其中一個很好的例子。很快，這些傳感器就會進入人的身體。以“智能微塵”(smart dust)為例，這是一個只有灰塵微粒大小的系統(tǒng)，可以感知、存儲和傳輸數(shù)據(jù)。如今，一粒“智能微塵”的大小像一粒蘋果種子那么大。未來，納米級的智能微粒將會漂浮在我們的血液中，收集數(shù)據(jù)，探索人體內(nèi)部—那是科學(xué)最后的未知領(lǐng)域之一。
 

　　毫無疑問，我們將會學(xué)到更多，關(guān)于內(nèi)部的身體，關(guān)于外部的一切。這是一個巨大的轉(zhuǎn)變。從這些傳感器奔涌而來的數(shù)據(jù)量有時大得簡直令人難以理解。一輛自動駕駛汽車每天會產(chǎn)生4 TB的數(shù)據(jù)，這相當(dāng)于1000部電影所包含的信息；一架商用客機則每天會產(chǎn)生40 TB的信息；一個智能工廠，則會產(chǎn)生PB級的信息。
 

　　那么，這些數(shù)據(jù)會給我們帶來什么呢？很多，很多。
 

　　醫(yī)生將不再需要依靠每年一次的體檢來追蹤患者的健康狀況，因為他們現(xiàn)在每天24小時、每周7天都能收到大量的量化數(shù)據(jù)。
 

　　農(nóng)民將隨時可以知道土壤和天空中的水分含量，從而精確地進行澆灌，種植出更健康的作物，獲得更大的產(chǎn)量，并節(jié)約大量的水資源(水的浪費，是全球變暖的一個重要因素)。
 

　　在商業(yè)領(lǐng)域，由于在快速變化的時代里，面對機會時的機敏和行動時的快捷是最大的優(yōu)勢，因此雖然了解客戶的所有信息可能會帶來令人擔(dān)憂的隱私問題，但是它確實為組織提供了令人難以置信的靈活性，這可能是在這個加速發(fā)展的時代維持生存的方法。
 

　　而且，這一切仍然在進一步加速。在10年之內(nèi)，我們將會生活在一個幾乎所有可以測量的東西都會被持續(xù)測量的世界里。那將是一個非常透明的世界。從太空的邊緣到海洋的底部，再到你身體的內(nèi)部，我們的電子皮膚正在形成一個無限可用信息的感覺中樞。不管你喜不喜歡，我們已經(jīng)生活在了一個“超意識”的星球上。
 

　　原標(biāo)題：傳感器的未來： 10年后我們將會生活在一個極端透明的世界