物聯(lián)網(wǎng)與蜜蜂——人與自然和諧相融

徐思騁，胡福良

（1.浙江大學電氣工程學院電氣工程及其自動化專業(yè)2105班，浙江 杭州 310058；2.浙江大學動物科學學院，浙江 杭州 310058）

1 引言

當你仔細觀察生活中一只小小的蜜蜂，那致密的復眼，高懸崖壁的蜂巢，是否讓你不禁贊嘆：“神秘！”當你走進蜜蜂的世界，你又會驚嘆于其全世界范圍內(nèi)種類的多樣性、小小身軀里所蘊含的復雜又精密的生理功能，那特別、富有幾何美感又極其精準的“舞蹈語言”為蜜蜂社群高效運轉(zhuǎn)所帶來的巨大優(yōu)越性也會讓你再次忍不住感嘆：“神奇！”。由于蜜蜂在生理構造、社群功能、信息傳輸與交流等方面的諸多優(yōu)勢，使其從紛紜的昆蟲世界中脫穎而出，為人類社會多領域、多方面的發(fā)展提供借鑒[1]。

從20世紀90年代開始，“蜜蜂”這一“寶藏”生物蘊藏的巨大價值被“物聯(lián)網(wǎng)”領域所捕捉，在“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念產(chǎn)生的這20多年來，從業(yè)人員研究蜜蜂信息素的傳遞，蜜蜂社群的分工和管理，在物流、通信等方面取得了較大的效率提高與技術進步?！懊鄯洹彪m小，“物聯(lián)網(wǎng)”雖大，后者依然能夠于前者汲取靈感，這也再一次反映出蜜蜂對人類社會的巨大借鑒作用。而隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和人類對蜜蜂保護意識的逐漸增強，物聯(lián)網(wǎng)技術也在授粉、養(yǎng)殖、遠程監(jiān)控蜂箱、解決移動方法等方面為蜜蜂的繁衍生息保駕護航。我們可以看到，“物聯(lián)網(wǎng)”與“蜜蜂”正相融相生，互促發(fā)展，這也正是人與自然和諧共生所帶來的巨大能量。

2 物聯(lián)網(wǎng)簡述

2.1 什么是物聯(lián)網(wǎng)

“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念最初來源于媒體傳播領域，指基于電視電臺網(wǎng)絡、廣播網(wǎng)絡等傳統(tǒng)媒介與互聯(lián)網(wǎng)等新興媒介，實現(xiàn)所有相關的、以物理或非物理實體存在的對象通過一定的底層邏輯串聯(lián)起來，使資源使用者更加方便地獲取信息、提高效率[2]。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術的應用遍布運輸業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、旅游業(yè)、環(huán)境保護等大量行業(yè)，通過大數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)籌規(guī)劃有效提升了資源分配的合理性、精準性，促進了行業(yè)效率與產(chǎn)值的提高，看似煩瑣的調(diào)配、分配工作在物聯(lián)網(wǎng)技術的幫助下變得簡捷、輕松[3,4]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程

“物聯(lián)網(wǎng)”一詞最初來自1995年比爾·蓋茨的《未來之路》一書。但受限于當時計算網(wǎng)絡、軟硬件條件的發(fā)展，該“物物相連”的設想并未被人們所重視。1999年，由于物品編碼、RFID技術和互聯(lián)網(wǎng)的相對成熟，美國Auto-ID將“物聯(lián)網(wǎng)”的概念再次闡釋，并且基于當時最新的研究成果更加細化。與此同時，中國科學院啟動了傳感網(wǎng)的研究，并建立了一些較為普及和常用的傳感網(wǎng)（如氣象監(jiān)測、災害預測）。當時的人們發(fā)出了這樣一句振聾發(fā)聵的預言：“傳感網(wǎng)是21世紀人類面臨的又一個發(fā)展機遇”。在各國的不懈努力下，預言迅速成真[5]。2005年11月17日，國際電信聯(lián)盟（ITU）在信息社會世界峰會（WSIS）上發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，將“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念正式落在了紙面上。報告指出，“物聯(lián)網(wǎng)”滲透于生活各處的時代即將來臨，世界上所有從房屋到紙巾、從車輛到牙刷都可以通過主動進行交換。傳感器、射頻識別技術（RFID）、傳感器技術、納米微觀、智能嵌入將迎來更廣闊的天地?！吨袊ヂ?lián)網(wǎng)發(fā)展報告（2021）》指出，中國物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模已達1.7萬億元，人工智能市場規(guī)模達3 031億元[6]?！段锫?lián)網(wǎng)新型基礎設施建設三年行動計劃（2021-2023年）》中明確，到2023年底，在國內(nèi)主要城市初步建成物聯(lián)網(wǎng)新型基礎設施，社會現(xiàn)代化治理、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和民生消費升級的基礎更加穩(wěn)固。

3 由蜂而來的靈感

3.1 一種高度專業(yè)化的有機體系

3.1.1 從蜂群的分工看物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的設計與管理

不同于其他生物，若我們跳出蜜蜂群體的各種細節(jié)構造，以一種宏觀的視角觀察蜜蜂群落，大概會把它歸為一個“整體”——一種分工明確，不同蜂種（蜂王、工蜂、雄蜂）各司其職、按功能分類的“大社區(qū)”。蜂王負責產(chǎn)卵，繁衍后代；工蜂承擔繁重的勞動；雄蜂負責與蜂王交配。若把一個“蜂箱”以現(xiàn)代社會中的一個城市相比，它或許可以被認為是一個真正的“互聯(lián)城市”。如此合理又高效的分工與蜂巢結構是長年自然選擇的必然結果，而這是否能給物聯(lián)網(wǎng)的相關領域在組織網(wǎng)絡設計與管理方面提供一些啟示？當前，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術仍然按照傳統(tǒng)的資源傳遞“前、中、后”3個板塊分塊設計與管理，這就造成“牽一發(fā)而動全身”，一個環(huán)節(jié)若出了問題整個鏈就會出問題的缺陷。設想，若能打破當前物聯(lián)網(wǎng)的各個組成模塊（資源前端、傳輸中端、獲取終端）按照路徑分割的原則，而是參考蜜蜂社群的分工以“功能”進行分類，“按需激活”“按需取用”，也許能更有效地克服這一痛點。

3.1.2 蜂巢形狀與物聯(lián)網(wǎng)的構造

數(shù)量極大的“終端”是構成物聯(lián)網(wǎng)最基本也是最主要的元素，需要極為節(jié)能、高效、準確的方案實現(xiàn)雙向的聯(lián)結。當前物聯(lián)網(wǎng)存在可擴展性的有限性，大多采用帶有側壁和樹型的拓撲結構，這是一種較為耗能耗時的構成。而蜂巢素來享有“自然界最經(jīng)濟有效的建筑”之美譽，其中，正六邊形的建筑結構，可使用空間最大，各方受力均等[7]。“物聯(lián)網(wǎng)”網(wǎng)絡雖然是一個非實體、抽象的概念，但同樣也可以從蜂巢的結構中獲取一些靈感。比如正六邊形的無限擴展性，可以改變物聯(lián)網(wǎng)“擴展難”的窘境；六邊形蜂巢各小格緊密相接的特性，或許能為物聯(lián)網(wǎng)各部分的信息交流提供便利。

3.2 蜜蜂信息素與物聯(lián)網(wǎng)智慧通信

Mucignat-Caretta在《化學通訊的神經(jīng)生物學》（Neurobiology of Chemical Communication）中指出，“昆蟲之間最先進的通信方式即為蜜蜂的信息素”[8]。而在物聯(lián)網(wǎng)中，這種“信息素”被抽象為基于不同目的建立的一系列“協(xié)議”（這也和互聯(lián)網(wǎng)中的各類協(xié)議，如http、TCP/IP等相類似）。各類傳遞信息的傳感器猶如蜜蜂社群中一只只蜜蜂個體，通過各種協(xié)議的認證互相交流。

3.2.1 信息交流的易讀性和明確性

我們知道，蜜蜂的“舞蹈語言”可以表達食物的數(shù)量、方向和距離，圓形舞蹈表示較近的花蜜或花粉，而“8字”舞蹈則反映了距離較遠的花源，“8字”交界處舞步的方向與角度，表示花源的方向所在；蜜蜂擺尾時間持續(xù)長短又能表示食物距離的遠近，擺尾幅度代表了食物數(shù)量的多少。即使來自不同區(qū)域的蜜蜂舞蹈語言“方言”存在一定的差異，許多種類的蜜蜂仍能解碼舞蹈語言中的意義并獲取食物[9]。由此可見，蜜蜂的“舞蹈語言”具有極強的易讀性與明確性，當蜜蜂群體將這一整套舞蹈語言“普及”到每一個個體之后，整個群體的信息流就可以高效運轉(zhuǎn)起來。

同樣，人類社會的物聯(lián)網(wǎng)中同樣也通過“協(xié)議”——一一種程式化、確定性的明確規(guī)則保障了物與物、物與人、物與地之間的信息交流，構成了一張巨大的、細致又嚴密的聯(lián)系網(wǎng)，確保了“物物聯(lián)系”中的易讀性和明確性。

3.2.2 協(xié)議/信息素帶來的系統(tǒng)穩(wěn)定性

不同類型的蜜蜂分泌不同的信息素，用不同的化學信號標記、識別，使整個群體有秩序、有分工地運行下去。在一個暫時失去蜂王、大量工蜂產(chǎn)卵的蜂群中，工蜂分泌“蜂王信息素”，蜂群中會暫時出現(xiàn)工蜂“爭王”的情況，而“爭王”的本質(zhì)在于較量蜂王信息素的高低，在實際農(nóng)業(yè)實踐中常常會通過從外部介入分泌蜂王信息素高于蜂群中所有工蜂的“蜂王”來穩(wěn)住蜂群的秩序?？梢哉f，信息素在維持蜜蜂群體的穩(wěn)定性上有著舉足輕重的作用[10]。同樣，在物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)中，“協(xié)議”也如同蜜蜂的信息素一樣聯(lián)結著每一個環(huán)節(jié)的推進。舉一個生活中常見的例子：小區(qū)的外賣收取點以貨架的形式呈現(xiàn)，物品的進庫和出庫都需要通過登記、掃描等步驟環(huán)環(huán)相扣而成。我們收到的取件通知短信就是進庫這一過程的最后一步，這之前包裹經(jīng)歷了物理性到達、登記物流號、導入系統(tǒng)、導出貨架號、上架等過程，這些步驟的連續(xù)進行便依靠每一個“協(xié)議”的“允許”，就像一扇扇連環(huán)門依次打開，最后向收件人發(fā)送短信。如果這中間有某一個“協(xié)議”失效或出現(xiàn)問題，就會出現(xiàn)無法準確檢測入庫及出庫物品、物品遺失等問題，該物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)隨之失去原有的穩(wěn)定性，無法正常工作。

由此可見，無論是蜜蜂的“信息素”還是物聯(lián)網(wǎng)的“協(xié)議”，兩者在維穩(wěn)方面異曲同工。

4 物聯(lián)網(wǎng)保護蜜蜂進行時

4.1 保護蜜蜂之重要性

受到氣候變化、集約化農(nóng)業(yè)、農(nóng)藥使用、生物多樣性喪失和污染等因素的共同影響，蜜蜂正面臨巨大威脅，蜜蜂的傳粉作用逐漸減弱。而全球35%的糧食作物和3/4的開花植物都依賴蜜蜂和授粉媒介，如果蜜蜂無法正常足量繁衍，全球糧食生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、生物多樣性保護都會造成極大威脅。保護蜜蜂，在一定程度上也能夠維系地球資源、保護人類可持續(xù)性發(fā)展的未來，由此，保護蜜蜂勢在必行。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)——也是蜜蜂的一大福音

4.2.1 龐大的世界蜜蜂監(jiān)測網(wǎng)絡

2014年，世界蜜蜂計劃（The World Bee Project）正式啟動，這是一個以監(jiān)測全球蜜蜂數(shù)量為主要工作內(nèi)容的私人組織，從氣候變化、人為影響等方面探討如何有效保護全球蜜蜂數(shù)量。2018年，為從一個更加宏觀和更加科學的角度展開相關研究，物聯(lián)網(wǎng)子技術——云技術被應用于該計劃中，通過收集各類科學數(shù)據(jù)，動態(tài)分析、動態(tài)規(guī)劃，同時也催生了世界蜜蜂項目蜂巢網(wǎng)絡（The World Bee Project Hive Network）的誕生。物聯(lián)網(wǎng)的傳感器可在“視”“聽”兩方面幫助蜜蜂生存。在蜂房附近設置一系列多角度、相對無死角的攝像機，監(jiān)測蜜蜂天敵的入侵、蜂巢及蜂群是否出現(xiàn)異樣。此技術下養(yǎng)蜂人無需過多實地觀測，尤其是在一些惡劣天氣情形下極大地減輕了養(yǎng)蜂人的工作負擔。另一個關鍵指標是通過聲音收集設備遠程監(jiān)測。不同數(shù)量品種的蜂群常常會在聲音上有所差異，由此方便養(yǎng)蜂人及研究者對蜜蜂數(shù)量曲線的變化、不同蜂種對環(huán)境的適應性等進行記錄和研究。另外，通過收集蜂房附近濕度、溫度、空氣質(zhì)量等條件也可以為養(yǎng)蜂人及時調(diào)整養(yǎng)蜂策略提供及時的參考。還可以利用計算機人工智能（AI）算法構建蜜蜂聚集模型，預測蜂群的行為，比如蜜蜂是否成群等，促進全球蜜蜂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[11]。

4.2.2 物聯(lián)網(wǎng)機器人輔助授粉

當前蜜蜂的傳粉功能正面臨較大危機，這對全球農(nóng)作物的正常生長造成威脅。而物聯(lián)網(wǎng)機器人的存在則可以彌補這一問題。波蘭華沙理工大學正在研發(fā)名叫B-Droid的無人機，可以定向找到花朵并且收集花粉、自動授粉；哈佛大學名為RoboBee X-Wing的機器人以太陽能為能源，其智能傳感器能模仿蜜蜂的生理反應對環(huán)境條件做出反應，完成授粉工作[12]。

5 結語

物聯(lián)網(wǎng)與蜜蜂，兩者看似毫無關聯(lián)，卻相輔相成、相互協(xié)同，在蜜蜂養(yǎng)殖與保護、物聯(lián)網(wǎng)構建與管理、生態(tài)保護、生物多樣性等方面有著千絲萬縷的關系。人類社會的發(fā)展從來都不是憑人類一己之力完成的，經(jīng)過長期進化與自然選擇得來的生物習性、生物特征、自然現(xiàn)象必然符合自然規(guī)律，對人類而言存在著大量富有實踐性的參考價值。這也是人與自然相融相生的一種途徑，即人類向自然學習。同時，人類在獲取這些經(jīng)驗的同時也應用科技手段、精尖技術幫助生物、維護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，從而實現(xiàn)對自然的反哺。而這一切的一切，都需要人類永懷一顆對自然的敬畏之心，對地球家園的熱愛之心。