淺析物聯(lián)網(wǎng)在科學研究中的應用

常利婷 王悅

摘 要：隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)成為世界范圍內(nèi)的熱點討論問題。如今物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)、物流、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方方面面發(fā)展的如火如荼。隨著云平臺的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)開始助力于科學研究領(lǐng)域，本文淺析了物聯(lián)網(wǎng)在國內(nèi)外科學研究中的應用現(xiàn)狀、前景展望、研究意義、存在問題，并給出了發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);科學研究;科學物聯(lián)網(wǎng);云平臺

物聯(lián)網(wǎng)指通過某種方式將各種大規(guī)模的群體智能傳感器和執(zhí)行器連接到互聯(lián)網(wǎng)。它們好比一個個不斷學習的人工智能，周圍環(huán)境的變化促進它們的學習，從而為人類提供更好的服務。物聯(lián)網(wǎng)不僅是技術(shù)的革新，也是各領(lǐng)域發(fā)展的新動力。各高校、實驗室、企業(yè)也開始行動起來，將物聯(lián)網(wǎng)引入科研領(lǐng)域，助力與科學研究。

1 物聯(lián)網(wǎng)在科學研究中的應用現(xiàn)狀

1.1 智能實驗室

實驗室是科技創(chuàng)新的重要組成，物聯(lián)網(wǎng)在科學研究中的應用主要集中在實驗室的改革：打造智能實驗室。微軟全球最大的人工智能和物聯(lián)網(wǎng)實驗室落戶上海并計劃于今年4月開始運行，將推動物聯(lián)網(wǎng)與企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型深度融合。醫(yī)學領(lǐng)域，出現(xiàn)了“迷你”便攜智能實驗室。微生物學家用其來判斷細菌的抗敏性;俄羅斯科學家利用它在短時間內(nèi)為患者找到能夠殺滅感染病毒的抗生素。[1]隨著科學技術(shù)的發(fā)展以及檢測市場規(guī)模的不斷擴大，智能實驗室成為發(fā)展趨勢。物聯(lián)網(wǎng)將在各環(huán)節(jié)運用新興技術(shù)，使實驗室發(fā)揮在科學研究中的技術(shù)支撐作用。

1.2 可穿戴設備

目前，用于健康監(jiān)測和疾病預測的可穿戴設備是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域討論的核心內(nèi)容。隨著中國進入老齡化社會，自我健康監(jiān)測和預防醫(yī)學的需求不斷增加，可穿戴設備具有廣闊的發(fā)展前景。[2]可穿戴設備不僅可以監(jiān)測心率、體表溫度、運動量等生理參數(shù)，還能檢測出與肝炎、炎癥甚至胰島素有關(guān)的重要生理指標的異常，用于廣泛的醫(yī)療觀察。[3]可穿戴研究領(lǐng)域正朝著設備尺寸最小化、測量更多生命跡象以及通過智能手機發(fā)送可靠數(shù)據(jù)的方向前進。

1.3 生物醫(yī)學研究

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已在最近的幾項生物醫(yī)學研究中得到應用。國外有科學家開發(fā)了一個用于帕金森病及糖尿病護理反饋的物聯(lián)網(wǎng)平臺;[4]在西班牙，政府資助了一個旨在自動檢測兒童精神運動發(fā)育延遲的發(fā)展項目;在臨床試驗方面，輝瑞已經(jīng)與IBM合作建立合作關(guān)系;Phillips，Jawbone，Epson等一些公司利用可穿戴設備完成人體數(shù)據(jù)的收集和分析，探索疑難雜癥的解決方案。[5]總體上，物聯(lián)網(wǎng)在科學研究領(lǐng)域的應用仍位于起步階段。各大實驗室及其科研人員未實現(xiàn)通力合作，大都互相隔離，實驗數(shù)據(jù)不流通，阻礙了科學領(lǐng)域取得更大突破。因此，提升物聯(lián)網(wǎng)在科學研究中的應用水平，有助于集中科研力量取得更大突破，使科學更平等、透明。

2 前景展望

建立科學物聯(lián)網(wǎng)。各科研實驗室通過科學物聯(lián)網(wǎng)，將他們的分布式傳感器和執(zhí)行器鏈接到一個強大的開放式機器學習平臺，由此推動全球范圍的實驗。[6]

科學物聯(lián)網(wǎng)利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各個實驗室傳感設備互通互聯(lián)，從而將各領(lǐng)域的信息整合，實現(xiàn)了繁雜數(shù)據(jù)的檢測、搜集和系統(tǒng)化管理。實驗室可以通過多種通信手段將數(shù)據(jù)發(fā)送到物聯(lián)網(wǎng)云平臺。在各驗室共同遵守一定道德和法律標準的前提下，該平臺通過定制化的服務對各個實驗室的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理、分析和利用?？蒲械暮诵氖菙?shù)據(jù)，科學物聯(lián)網(wǎng)的建立無疑會大大降低科研人員獲取數(shù)據(jù)的難度。設想一下，如果研究人員能獲取各地實驗室的數(shù)據(jù)，將會給科學研究帶來多大突破？

該云平臺將繼承如今開放平臺現(xiàn)有特點：（1）海量連接;（2）實時性;（3）高并發(fā)訪問;（4）多種推送信息方式;（5）打造事件觸發(fā)引擎，實現(xiàn)突發(fā)事件應急處理;（6）數(shù)據(jù)管理與分析能力統(tǒng)一。并且，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)創(chuàng)造：（1）不同領(lǐng)域互相開放，相關(guān)聯(lián)領(lǐng)域互相促進，打破以往各不相往來的局面;（2）設有討論區(qū)，供科學家們提出問題、征集意見、發(fā)表見解;（3）設立科學動態(tài)專區(qū)，供實驗室人員及時了解全世界科學大事件。

3 研究意義

3.1 推動合作與交流

科學物聯(lián)網(wǎng)為科研人員提供了更便捷的交流方式，科研難題可以更快速的得到幫助，有助于互相激發(fā)靈感，從而取得更大的突破。

3.2 造就更好的人工智能

數(shù)據(jù)對于人工智能的重要性廣為人知，人工智能系統(tǒng)如果需要各地實驗室的數(shù)據(jù)，該如何挖掘？科學物聯(lián)網(wǎng)可以為人工智能搜集海量數(shù)據(jù)進行訓練。

3.3 有助于提升科學家科研能力，從而推動科學的發(fā)展

科學物聯(lián)網(wǎng)將科學家從繁瑣的數(shù)據(jù)收集勞動中解放，可以使其更集中于思考與探索工作。獲取數(shù)據(jù)更快更及時，數(shù)據(jù)的精確性、安全性、時效性及全面性更高，大大提高了科研的準確性和可重復性，加速了新科研成果的產(chǎn)生。

4 存在的問題

4.1 數(shù)據(jù)安全

數(shù)據(jù)安全問題一直是談論焦點?？茖W物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享存在安全隱患。物聯(lián)網(wǎng)設備經(jīng)常會被一些病毒感染，形成僵尸網(wǎng)絡。例如2016年的Mirai 惡意軟件襲擊了多家互聯(lián)網(wǎng)服務公司，有30多萬個物聯(lián)網(wǎng)設備遭遇Hajime病毒感染。[8]怎么才能避免科研數(shù)據(jù)不被非法使用？

4.2 技術(shù)難度大、建設成本高

在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)能力方面，我們面臨確保物聯(lián)網(wǎng)安全、跨部門合作、技術(shù)嫻熟員工的可用性、無法提供令人信服的投資回報、整合不同的數(shù)據(jù)等問題。[7]并且各研究領(lǐng)域?qū)茖W物聯(lián)網(wǎng)的需求不一致，大大增加了開發(fā)難度。信息安全問題擴大也造成信息安全開支加大。有報道稱，2021 年前，企業(yè)在信息安全領(lǐng)域的開支將增加大約364億美元。[8]

4.3 伴隨著一系列法律問題

各實驗室共享數(shù)據(jù)，借助別人實驗數(shù)據(jù)得到的驚人實驗成果是否也應共享？這就涉及知識產(chǎn)權(quán)問題，解決該問題需要事先有統(tǒng)一的行業(yè)標準。更重要的是信息安全法律問題，針對不同主體，有不同的形式。對于個人，有個人隱私信息保護問題，如果醫(yī)生將傳感器放在患者身上，患者的數(shù)據(jù)上傳到云空間被不法利用該怎么辦？對于實驗室，通過被標記對象，其實驗數(shù)據(jù)被遠程收集，這可能會造成實驗成果被抄襲。同時科學物聯(lián)網(wǎng)的普及，其安全問題也和國家安全息息相關(guān)。各實驗室若全球互聯(lián)，不法分子可能會對實驗室進行網(wǎng)絡攻擊，操縱其監(jiān)控裝置。事實上，我國的物聯(lián)網(wǎng)是受美國制約下的國際物聯(lián)網(wǎng)的一部分，使用的主流操作系統(tǒng)幾乎都由美國支配，缺少國產(chǎn)研發(fā)的產(chǎn)品。相關(guān)行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)一旦發(fā)生問題，將嚴重影響該行業(yè)發(fā)揮社會功能，影響國家經(jīng)濟，甚至對國家安全造成破壞性影響。[9]

5 發(fā)展建議

（1）不斷加強創(chuàng)新，掌握物聯(lián)網(wǎng)所需要的關(guān)鍵技術(shù)，解決現(xiàn)階段應用上的薄弱環(huán)節(jié)。相關(guān)部門要逐步擴大資金投入，提出更多扶助政策，在物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)方面做出更大的突破和創(chuàng)新。（2）政府部門需要發(fā)揮宏觀引導和調(diào)控的作用，引導市場上更多的企業(yè)以及科研單位將資金與技術(shù)投入到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研究中，全面提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在市場運作范圍下的示范效應。[10]（3）世界物聯(lián)網(wǎng)博覽會向世界宣傳科學物聯(lián)網(wǎng)概念，積極號召各個領(lǐng)域科學家們通力合作研討安全網(wǎng)絡體系。（4）國與國之間通力合作，讓權(quán)威性科學家合作建設該系統(tǒng)，共同商討世界物理網(wǎng)標準。各科研機構(gòu)應在對物聯(lián)網(wǎng)達成統(tǒng)一認識之后，制定相應規(guī)范，而不是各自為陣。

6 結(jié)語

在科技領(lǐng)域，不同的人對物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展持有不同的看法，物聯(lián)網(wǎng)存在的失敗或許讓一些人對它喪失信心，但物聯(lián)網(wǎng)終會是大勢所趨。我們習慣了物聯(lián)網(wǎng)帶來的便利，由于物聯(lián)網(wǎng)的某些特定因素未被適當解決，其發(fā)展將充滿挑戰(zhàn)，必須首先處理安全、隱私和可靠性問題。現(xiàn)如今各個國家都對物聯(lián)網(wǎng)寄予厚望，推出了一系列政策促進科學物聯(lián)網(wǎng)建設，并且其研究意義使我們更加有動力著手去開發(fā)它?？茖W物聯(lián)網(wǎng)的應用將涉及不同行業(yè)的具體背景，要加強與行業(yè)協(xié)作，實現(xiàn)深度融合。我們希望它盡早服務于人類，并且是由各國科學家一起研發(fā)，而非被少數(shù)人掌控研發(fā)專利，只有這樣，科學物聯(lián)網(wǎng)才能更安全地造福人類。

參考文獻：

[1]科學儀器，2019實驗室扎推新建智能實驗室是未來趨勢，OFweek，2019，26（1）.

[2]Wan K，Man K L，Hughes D.Specification，Analyzing Challenges and Approaches for Cyber-Physical Systems（CPS）[J].Engineering Letters，2010，18（3）.

[3]楊雨寒，李揚，趙婉雨，鞏玥，宋秀芳.聚焦四大核心傳感技術(shù) 挖掘可穿戴設備新增長極——可穿戴傳感器產(chǎn)業(yè)技術(shù)分析報告[J].高科技與產(chǎn)業(yè)化，2019（02）：36-47.

[4]Mostafa H，Kerstin T，Regina S.Wearable Devices in Medical Internet of Things：Scientific Research and Commercially Available Devices[J].Healthcare Informatics Research，2017，23（1）：4.

[5]Talboom J S，Huentelman M J.Big Data Collision：The Internet of Things，Wearable Devices，and Genomics in the Study of Neurological Traits and Disease[J].Human Molecular Genetics，2018.

[6]劉霞.促進癌癥疫苗研發(fā)建立科學物聯(lián)網(wǎng)[N].科技日報，2018-01-31（002）.

[7]胡涵涵.87%的亞太區(qū)企業(yè)堅信物聯(lián)網(wǎng)的價值[N].人民郵電，2018-01-26（007）.

[8]2017年全球物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域大事記[N].人民郵電，2018-02-01（006）.

[9]袁媛.物聯(lián)網(wǎng)信息安全法律問題[J].法制博覽，2018（03）：149-150.

[10]趙琰.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應用分析[J].河北企業(yè)，2018（02）：162-163.

作者簡介：常利婷（1998-），女，山東菏澤曹縣人，本科，研究方向：計算機科學與技術(shù);王悅（1997-），女，山東聊城東阿縣人，本科，研究方向：計算機科學與技術(shù)。