配有攝像機和天氣傳感器的電纜機器人可以根據筆記本電腦的指令在森林中行進(jìn)

    監測動(dòng)植物活動(dòng)、溫度、光照變化、地殼變形―――機器人取代研究人員在森林中走來(lái)走去，收集森林的降雨量、光照、濕度、植被覆蓋率等信息；科學(xué)家在實(shí)驗室通過(guò)筆記本遠程控制安置在野外、海洋底部的傳感器、攝像機等儀器，隨時(shí)掌控自然界的細微變化。據《紐約時(shí)報》報道，科學(xué)家正在全球建立起一個(gè)環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò )。

    機器人取代科學(xué)家在野外考察

    在美國加州桑嘉西托山脈的一個(gè)大峽谷里，科學(xué)家正在圈地30英畝松樹(shù)林和闊葉林地，以用于未來(lái)的環(huán)境研究。

    科學(xué)家們正在將100多個(gè)傳感器、機器人、攝像機和電腦連起來(lái)，組成一個(gè)環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò )，他們將通過(guò)一種特殊的方式，為這片青綠世界描繪出一幅非同尋常的肖像。

    傳感器、機器人、攝像機等儀器都是無(wú)線(xiàn)控制和連接的。其中有一種神通廣大的裝置叫做微粒，大小如同一張紙牌，它可以自動(dòng)測量森林中的光、風(fēng)速、降雨量、溫濕度、大氣壓力，還能探測到溫暖物體的出現或跟蹤席卷峽谷的寒流。

    此外無(wú)線(xiàn)微粒和攝像機以及其它傳感器還一起用于跟蹤鳥(niǎo)類(lèi)的生活習性、苔蘚的生命周期和不同土壤對二氧化碳的持有情況。機器人從一棵樹(shù)走到另一棵樹(shù)，下面的傳感器將溫濕度和不同天氣下的光照情況給記錄下來(lái)。

    正在研究森林的加州大學(xué)的生物學(xué)家格雷厄姆表示，用筆記本電腦遠程掌握森林，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接可以看到所有執行任務(wù)的微粒、機器人、攝像機等，這非?？??？茖W(xué)家不用每天蹲守在森林中進(jìn)行實(shí)地勘測，通過(guò)環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò )就可以隨時(shí)獲得來(lái)自森林的一手資料。

    通過(guò)環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò )，科學(xué)家可以對自然界的變化進(jìn)行全程跟蹤測量。

    這種新科學(xué)正在迅速傳播，一個(gè)耗資10億多美元的傳感器網(wǎng)絡(luò )計劃不僅涉及到這片林地，還包括哈得遜河和太平洋的深底。

    攝像機、手機和無(wú)線(xiàn)電腦的快速小型化，使科學(xué)家能打造一個(gè)小型傳感器組成的新型網(wǎng)絡(luò )，從而開(kāi)啟生態(tài)學(xué)洞察力的一個(gè)新時(shí)代。

    雖然這一領(lǐng)域還剛剛起步，但研究人員表示，加州森林研究實(shí)驗的成功表明這種微型無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )相對通過(guò)有線(xiàn)和電力線(xiàn)相連的儀器來(lái)說(shuō)，成本投入少得多。在以前，科學(xué)家想要投入數百萬(wàn)這樣的儀器來(lái)進(jìn)行長(cháng)期跟蹤的話(huà)，必須伐倒一大片森林才行。

    美國國家自然基金的項目主管亞歷山德拉博士表示，“環(huán)境科學(xué)的潛力是驚人的。有這樣的技術(shù)，我們就能開(kāi)始了解大自然的變化是什么，什么情況是正常的。我們認識到越來(lái)越多的環(huán)境變化在以不同速度出現。為了解這些，我們得全程跟蹤測量?！?nbsp;

    科學(xué)家希望了解更多的土壤污染物、土地變化、水流、入侵物種，海洋循環(huán)、陸地形成、二氧化碳的沉積地、火山爆發(fā)的原因以及病毒與遺傳基因在環(huán)境中的傳播方式。

    環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò )讓人類(lèi)難以企及的考察地點(diǎn)也變得觸手可及

    微粒有定制的電腦芯片、傳感器和無(wú)線(xiàn)連接，通過(guò)電池或太陽(yáng)能供電，使科學(xué)家能遠程操控它們，讓它們四處移動(dòng)。類(lèi)似的這種網(wǎng)絡(luò )預計將遍布北美洲，橫越加州西海岸到加拿大的水域。

    有些地方將被永久性地觀(guān)察，長(cháng)期記錄環(huán)境變化的數據，不像夏令營(yíng)學(xué)生或兩周海洋研究航行，一次就完了。繼微型化電子學(xué)和新材料的新一輪發(fā)展后，科學(xué)家就能用上更小的無(wú)線(xiàn)廣播、電腦、傳感器和電池。

    美國國家科學(xué)基金會(huì )將源源不斷地向大學(xué)和研究院提供基礎研究經(jīng)費。在近幾年中，此基金會(huì )在新傳感器網(wǎng)絡(luò )的研究上已經(jīng)投入了1億美金，預計還要向大規模的生態(tài)項目研究投入10億美金，主要用于氣象臺的建設。

    此外，美國國防部也幫了不少忙。在20世紀90年代，其先進(jìn)研究項目署向大學(xué)里的科學(xué)家提供資金，讓他們研究許多電腦化的小型傳感器?？茖W(xué)家稱(chēng)之為微粒和智能塵埃。

    此裝置的需求迅速增長(cháng)，以至于加州大學(xué)的皮斯特博士為此成立了塵埃網(wǎng)絡(luò )，專(zhuān)門(mén)向外出售微粒，包括生態(tài)研究。據稱(chēng)，微粒的能效高，大多數時(shí)間它能自動(dòng)讓自己睡個(gè)夠，定時(shí)醒來(lái)檢查一下傳感器，并將結果無(wú)線(xiàn)發(fā)射到其它網(wǎng)絡(luò )設備。手機大的微粒能工作5年，能在325英尺外傳送信息。網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)能自動(dòng)尋找其鄰居，如果有些失靈了，它就會(huì )替補上。

    科學(xué)家表示，環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò )有助于填補顯微鏡與望遠鏡觀(guān)察之間的空白。以前很難獲得沼澤地的大量信息，而這種技術(shù)就能做到。

    即便是水下微生物、微弱地震、地殼變形也難逃環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò )的法眼。

    行業(yè)巨頭也在加入這一行列。比如，英特爾在開(kāi)發(fā)有關(guān)森林的植入網(wǎng)絡(luò )傳感，至今已是第三個(gè)年頭了。

    科學(xué)家還在設計浮動(dòng)機器人，無(wú)線(xiàn)傳感器和分布式電腦，自動(dòng)收集水面和水下的微生物標本，然后將它們與科學(xué)家們探測到的微環(huán)境情況結合起來(lái)進(jìn)行分析，以用于了解和提高哈得遜河的水質(zhì)。由科學(xué)基金會(huì )資助的河網(wǎng)項目大約采用了24個(gè)儀器，以跟蹤農田的肥料流動(dòng)、植物的光合作用、藻類(lèi)的生長(cháng)和有害物的污染情況。這樣，你就能快速掌握污染情況，迅速作出反應，減少危害。
 
    由科學(xué)基金會(huì )投資2億美金的地球探查項目正在3000個(gè)點(diǎn)上展開(kāi)，以跟蹤微弱的地震，測量地殼變形和繪制地球從地殼到地核的3維內部結構圖。其中，有2000多個(gè)儀器是可以移動(dòng)的，配有無(wú)線(xiàn)設備，由太陽(yáng)能或風(fēng)能帶動(dòng)。此項研究的目的就是揭開(kāi)大陸如何形成和發(fā)展之謎，革新火山、礦石開(kāi)采和地震的研究。從2003年啟動(dòng)的地球探查項目將在2008年完成，運行到2023年。

    環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)深入到海洋底部

    生物領(lǐng)域也有其它項目―――美國國家生態(tài)觀(guān)察網(wǎng)絡(luò )（NEON），投資5億美金。此項目正在開(kāi)展，但岸對岸的NEON可能得要占用15個(gè)直徑為250英里的圓形區域。每個(gè)氣象臺將有雷達來(lái)跟蹤鳥(niǎo)類(lèi)。同時(shí)還有許多微粒、機器人和傳感器，甚至森林中還有一些起重機也將參與此項研究。

    此項目的一個(gè)目的是跟蹤入侵物種，入侵物種全年導致的農業(yè)損失達1000億美金。另一個(gè)目的是預測生物圈的變化，可以讓政府更好地規劃土地的利用和保護。

    最具挑戰性的項目可能是海王星項目。從加州到加拿大的太平洋深海中近2000英里的海纜上星羅棋布地系上了傳感器、攝像機和機器人。此項目耗資2億美金，三分之一來(lái)自加拿大，其它的由美國國家科學(xué)基金會(huì )出。其目的是研究整個(gè)海洋、從海底到海面的環(huán)境變化，以回答一些基本問(wèn)題，幫助人們更好地保護被海洋學(xué)者稱(chēng)之為地球的命根子的海洋，再看看人類(lèi)是如何影響海洋的。

    目前加拿大已經(jīng)著(zhù)手在研究，美國方面到2007年才會(huì )注入第一批資金。此項目計劃到2012年完成，運行30年。

    未來(lái)環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò )將像因特網(wǎng)一樣覆蓋全球

    像因特網(wǎng)一樣，這些由智能嵌入式傳感器組成的規模龐大的分布式系統最終將覆蓋全球，對瀕危物種、土壤和空氣污染、病人和人工環(huán)境等各種現象進(jìn)行監測和信息收集。通過(guò)廣泛應用，傳感器網(wǎng)絡(luò )還可能揭示出一些我們此前所未曾觀(guān)察到的現象，并將最終幫助我們理解和管理這個(gè)日益脆弱的地球。

    傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)還可能改寫(xiě)一些重要的科學(xué)分支，如生態(tài)學(xué)和環(huán)境科學(xué)等。然而，正如我們已經(jīng)談到的，這一技術(shù)所帶來(lái)的影響將遠遠超出科學(xué)探索的范圍。最終，高分辨率的觀(guān)測系統將大幅減少被污染的空氣和水源對公眾的危害；將為人們提供更安全的食品和住宅；將使那些最早發(fā)現自然和人為災害的人們能夠將警報更有效地傳遞給他人。

信息來(lái)源：中國科技信息