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

    監(jiān)測動(dòng)植物活動(dòng)、溫度、光照變化、地殼變形―――機(jī)器人取代研究人員在森林中走來走去，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(yàn)室通過筆記本遠(yuǎn)程控制安置在野外、海洋底部的傳感器、攝像機(jī)等儀器，隨時(shí)掌控自然界的細(xì)微變化。據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)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(jī)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英畝松樹林和闊葉林地，以用于未來的環(huán)境研究。

    科學(xué)家們正在將100多個(gè)傳感器、機(jī)器人、攝像機(jī)和電腦連起來，組成一個(gè)環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)，他們將通過一種特殊的方式，為這片青綠世界描繪出一幅非同尋常的肖像。

    傳感器、機(jī)器人、攝像機(jī)等儀器都是無線控制和連接的。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(xiàn)或跟蹤席卷峽谷的寒流。

    此外無線微粒和攝像機(jī)以及其它傳感器還一起用于跟蹤鳥類的生活習(xí)性、苔蘚的生命周期和不同土壤對(duì)二氧化碳的持有情況。機(jī)器人從一棵樹走到另一棵樹，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。

    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(yuǎn)程掌握森林，通過網(wǎng)絡(luò)連接可以看到所有執(zhí)行任務(wù)的微粒、機(jī)器人、攝像機(jī)等，這非常酷。科學(xué)家不用每天蹲守在森林中進(jìn)行實(shí)地勘測，通過環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)就可以隨時(shí)獲得來自森林的一手資料。

    通過環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)，科學(xué)家可以對(duì)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(jì)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(jī)、手機(jī)和無線電腦的快速小型化，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(yàn)的成功表明這種微型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相對(duì)通過有線和電力線相連的儀器來說，成本投入少得多。在以前，科學(xué)家想要投入數(shù)百萬這樣的儀器來進(jìn)行長期跟蹤的話，必須伐倒一大片森林才行。

    美國國家自然基金的項(xiàng)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)，我們就能開始了解大自然的變化是什么，什么情況是正常的。我們認(rèn)識(shí)到越來越多的環(huán)境變化在以不同速度出現(xiàn)。為了解這些，我們得全程跟蹤測量。” 

    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、傳感器和無線連接，通過電池或太陽能供電，使科學(xué)家能遠(yuǎn)程操控它們，讓它們四處移動(dòng)。類似的這種網(wǎng)絡(luò)預(yù)計(jì)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察，長期記錄環(huán)境變化的數(shù)據(jù)，不像夏令營學(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線廣播、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(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)。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(yù)計(jì)還要向大規(guī)模的生態(tài)項(xiàng)目研究投入10億美金，主要用于氣象臺(tái)的建設(shè)。

    此外，美國國防部也幫了不少忙。在20世紀(jì)90年代，其先進(jìn)研究項(xiàng)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。科學(xué)家稱之為微粒和智能塵埃。

    此裝置的需求迅速增長，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)，專門向外出售微粒，包括生態(tài)研究。據(jù)稱，微粒的能效高，大多數(shù)時(shí)間它能自動(dòng)讓自己睡個(gè)夠，定時(shí)醒來檢查一下傳感器，并將結(jié)果無線發(fā)射到其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。手機(jī)大的微粒能工作5年，能在325英尺外傳送信息。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能自動(dòng)尋找其鄰居，如果有些失靈了，它就會(huì)替補(bǔ)上。

    科學(xué)家表示，環(huán)境傳感器網(wǎng)絡(luò)有助于填補(bǔ)顯微鏡與望遠(yuǎn)鏡觀察之間的空白。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(shè)計(jì)浮動(dòng)機(jī)器人，無線傳感器和分布式電腦，自動(dòng)收集水面和水下的微生物標(biāo)本，然后將它們與科學(xué)家們探測到的微環(huán)境情況結(jié)合起來進(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(xiàng)目大約采用了24個(gè)儀器，以跟蹤農(nóng)田的肥料流動(dòng)、植物的光合作用、藻類的生長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(yīng)，減少危害。
 
    由科學(xué)基金會(huì)投資2億美金的地球探查項(xiàng)目正在3000個(gè)點(diǎn)上展開，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(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。其中，有2000多個(gè)儀器是可以移動(dòng)的，配有無線設(shè)備，由太陽能或風(fēng)能帶動(dòng)。此項(xiàng)研究的目的就是揭開大陸如何形成和發(fā)展之謎，革新火山、礦石開采和地震的研究。從2003年啟動(dòng)的地球探查項(xiàng)目將在2008年完成，運(yùn)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(xiàng)目―――美國國家生態(tài)觀察網(wǎng)絡(luò)（NEON），投資5億美金。此項(xiàng)目正在開展，但岸對(duì)岸的NEON可能得要占用15個(gè)直徑為250英里的圓形區(qū)域。每個(gè)氣象臺(tái)將有雷達(dá)來跟蹤鳥類。同時(shí)還有許多微粒、機(jī)器人和傳感器，甚至森林中還有一些起重機(jī)也將參與此項(xiàng)研究。

    此項(xiàng)目的一個(gè)目的是跟蹤入侵物種，入侵物種全年導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)損失達(dá)1000億美金。另一個(gè)目的是預(yù)測生物圈的變化，可以讓政府更好地規(guī)劃土地的利用和保護(hù)。

    最具挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目可能是海王星項(xiàng)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(jī)和機(jī)器人。此項(xiàng)目耗資2億美金，三分之一來自加拿大，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，以回答一些基本問題，幫助人們更好地保護(hù)被海洋學(xué)者稱之為地球的命根子的海洋，再看看人類是如何影響海洋的。

    目前加拿大已經(jīng)著手在研究，美國方面到2007年才會(huì)注入第一批資金。此項(xiàng)目計(jì)劃到2012年完成，運(yùn)行30年。

    未來環(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(guī)模龐大的分布式系統(tǒng)最終將覆蓋全球，對(duì)瀕危物種、土壤和空氣污染、病人和人工環(huán)境等各種現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測和信息收集。通過廣泛應(yīng)用，傳感器網(wǎng)絡(luò)還可能揭示出一些我們此前所未曾觀察到的現(xiàn)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)所帶來的影響將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出科學(xué)探索的范圍。最終，高分辨率的觀測系統(tǒng)將大幅減少被污染的空氣和水源對(duì)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(xiàn)自然和人為災(zāi)害的人們能夠?qū)⒕瘓?bào)更有效地傳遞給他人。

信息來源：中國科技信息