為地球建一套中樞神經(jīng)系統(tǒng)

想要在地球上生活得更好，就要更了解地球，惠普想要建立一個龐大的“地球中樞神經(jīng)系統(tǒng)”(CeNSE)，來為地球把脈，讓地球自己告訴我們情況。當然，這僅僅是一個開始。

天文學家卡爾·薩根曾經(jīng)問道:“誰會為地球說話?”現(xiàn)在惠普公司回答，不久以后地球很可能就可以為自己說話了?！暗厍蛑袠猩窠?jīng)系統(tǒng)”CeNSE(Central Nervous System for the Earth)是惠普公司2008年提出的宏偉構(gòu)想，他們預計于未來5年在全球范圍內(nèi)安裝超過10億個傳感器，它們功能各異，能夠感受振動、光強、風速、濕度、壓力、有害氣體濃度等各種信息。這個龐大的系統(tǒng)將實時監(jiān)測地球的情況，而地球?qū)⒗眠@套系統(tǒng)與人類對話。

給地球體檢

在2010年的國際石油周上，惠普和殼牌石油公司宣布，將CeNSE和殼牌的地震波高性能計算一成像環(huán)境相結(jié)合，建立一套更安全、有效、經(jīng)濟的高精度地震波傳感系統(tǒng)，用于油田或天然氣礦的勘探以及開采進度監(jiān)視。

這套系統(tǒng)的核心技術(shù)便是CeNSE，這一套高性能傳感器集群，可以大大改進地震波(找油部門用人造地震來探明地下的情況)的成像質(zhì)量，使得一些很難勘探的油田或氣礦——比如中東的一些鹽下油礦、北美的一些非常規(guī)天然氣礦——成為囊中之物，這也是“地球中樞神經(jīng)系統(tǒng)”第一次在實際中應用。殼牌公司研發(fā)部門的執(zhí)行副總裁杰拉德·肖特曼認為:“油氣礦勘探技術(shù)將由此得到飛躍發(fā)展。”

承擔CeNSE具體研發(fā)的是惠普信息與量子系統(tǒng)實驗室。該實驗室主任斯坦·威廉姆斯博士這樣描述他們的目標:“這個項目的研究動力，來源于我們深深地認識到地球已經(jīng)病了。”毫無疑問，他指的是各種環(huán)境問題——厄爾尼諾、全球變暖還有無處不在的污染問題，“但我們不是醫(yī)生，不能直接開處方或治愈疾病。我們希望為千瘡百孔的地球做一個體檢系統(tǒng)，利用我們在信息采集和處理方面的強項為醫(yī)生提供信息，幫助他做出準確的診斷和制定有效的治療方案?！?/p>

CeNSE數(shù)以億計的傳感器正是這個體檢系統(tǒng)?！斑@些傳感器可以告訴我們地球的健康狀態(tài)。我們的湖泊和河流怎樣?我們的森林怎么樣?這些技術(shù)能夠幫助我們管理這些社會資產(chǎn)。”威廉姆斯博士說。對于山體滑坡、地震、洪水、大規(guī)模山火爆發(fā)等，甚至包括病蟲害，CeNSE掌握第一手情況對農(nóng)業(yè)、海上航運來說都是一個福音。它的觸角還將延伸到大樓、橋梁、公路，實時監(jiān)測其安全狀況?！吧踔猎谡嬲墓收铣霈F(xiàn)之前，人們就能預見到”，惠普高級研究員彼得·哈特韋爾說，“廣泛和詳細的搜集信息是生存的關(guān)鍵，而CeNSE將使人們的生活更加安全?！?/p>

三層硅造的神經(jīng)

為保證CeNSE能有效運轉(zhuǎn)，“我們要求傳感器的靈敏度必須比現(xiàn)有水平大，”威廉姆斯說。第一個用于CeNSE的傳感器是在哈特韋爾的領(lǐng)導下進行研發(fā)的，很快就成為惠普一殼牌合作項目的一部分。

這個傳感器的核心技術(shù)本來是惠普耗費10年功夫試圖制造的納米級“微移體”部件。它是一個硅片上的CD讀寫器，基本機制是通過靜電作用使存儲介質(zhì)和發(fā)射器的相對位置發(fā)生變化。哈特韋爾很快意識到，靜電的變化會導致電容的變化，而電容兩級距離的變化也有類似效果，也就是說，通過測量電容的變化，就可能以極高的靈敏度測量電容極板的運動。

這催生了CeNSE使用的第一個加速傳感器，它能夠?qū)\動或振動進行傳感，其核心是一個5平方毫米的三層硅芯片，中間的硅片通過硅柱懸掛在兩側(cè)的硅片之間。當芯片被移動時，中間的硅片就會由于慣性而滯后，這樣芯片運動的速度、方向和距離就能被計算出來。這個傳感器可以檢測到10個費米的移動變化，把你的一根頭發(fā)縱向劈成10億根細絲，只要其中一根發(fā)生擺動，傳感器便能得知，這靈敏度超過Wii、iPhone或汽車安全氣囊中各類商用傳感器的1000倍。

傳感器的整合也是個挑戰(zhàn)。哈特韋爾說:“你必須將傳感器芯片、射頻通信模塊與太陽能電池封裝在一起。不能太昂貴但卻必須足夠堅固，因為它可能會被放在路邊?！?/p>

得有大企業(yè)來為海量傳感埋單

除了位置的傳感器，惠普還計劃開發(fā)能夠感應光照、溫度、氣壓、氣流、濕度等信號的傳感器，以收集全方位的信息。納米技術(shù)還可幫助將標準的化學和生物檢測靈敏度提高1億倍，以此需要開發(fā)檢測細菌或病毒的傳感器，這些傳感器不僅可以被部署在自然界、農(nóng)田等大面積區(qū)域里，還可以被貼在醫(yī)療設備或公用電話上，按哈特韋爾的說法，

“這些傳感器將可以警告消費者們菠菜上有多少沙門氏菌或者殺蟲劑。”

從CeNSE的終極目標來看，對傳感器的需求是巨大的，即使只將它應用于“小范圍”的監(jiān)測，比如舊金山金門大橋，也可能需要1萬個傳感器節(jié)點;對于商業(yè)貨運的全程監(jiān)測，可能需要100萬個節(jié)點。自然，傳感器越多，就越容易判別背景噪音，抑制虛假警報。

“現(xiàn)在常用的傳感器造價不菲，而且并不好用，”威廉姆斯博士說，但他認為惠普的納米傳感技術(shù)有望解決這個問題，“最終低到幾分錢”。但他也承認，“我們現(xiàn)在所處的階段被生意人稱為‘死亡之谷’……我們現(xiàn)在擁有這個技術(shù)，但必須要為它找到市場，找到來為它埋單的人”，否則成本降不下來。

能部署如此大規(guī)模傳感器系統(tǒng)的只能是大企業(yè)，“最應該采用這項技術(shù)的應該是化工行業(yè)或者是能源部門，這些行業(yè)有龐大的資產(chǎn)和工廠需要監(jiān)控”，威廉姆斯博士說，這也是為何CeNSE的首個應用是與殼牌合作的油氣礦勘探系統(tǒng)。

為了幾個比特，我們需要無數(shù)比特

但是大企業(yè)在這些數(shù)據(jù)上花錢是值得的，谷歌已經(jīng)證明了數(shù)據(jù)的價值?；萜照J為，把信息的采集和處理結(jié)合起來，CeNSE才能發(fā)揮威力。在CeNSE系統(tǒng)中，如果有10萬個傳感器，每天24小時不斷收集數(shù)據(jù)，半年之肉就會產(chǎn)生20PB的數(shù)據(jù)，這超過了4萬塊500G硬盤的容量。威廉姆斯博士承認，“這樣的數(shù)據(jù)量絕對是來勢兇猛”，何況CeNSE最終將部署億萬個傳感節(jié)點。

然而，對人類行為起指導作用的可能最終只歸結(jié)到很少的信息量?！氨热缒阍撟吣臈l州際公路才能最快到家?”哈特韋爾說，“其實你只對其中幾個比特感興趣。某一個比特的真正價值在于能讓你在路上節(jié)省20分鐘?！钡?，要得到這幾個比特，你需要在背后獲得并處理大量的比特，包括路面狀況、交通狀況、甚至天氣情況，惠普相信自己的ProCurve和企業(yè)服務部門能夠為此提供足夠的技術(shù)支持。

哈特韋爾相信，這就是為何CeNSE將使這個世界更加安全、便捷，它甚至將改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ罘绞?，“你可以告訴孩子要關(guān)燈，但如果電燈可以自己關(guān)掉，這不是更有效?”