淺析物聯網在科學研究中的應用

常利婷 王悅

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，物聯網成為世界范圍內的熱點討論問題。如今物聯網技術在工業、物流、農業生產等方方面面發展的如火如荼。隨著云平臺的發展，物聯網開始助力于科學研究領域，本文淺析了物聯網在國內外科學研究中的應用現狀、前景展望、研究意義、存在問題，并給出了發展建議。

關鍵詞：物聯網;科學研究;科學物聯網;云平臺

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

1 物聯網在科學研究中的應用現狀

1.1 智能實驗室

實驗室是科技創新的重要組成，物聯網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網實驗室落戶上海并計劃于今年4月開始運行，將推動物聯網與企業數字化轉型深度融合。醫學領域，出現了“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為患者找到能夠殺滅感染病毒的抗生素。[1]隨著科學技術的發展以及檢測市場規模的不斷擴大，智能實驗室成為發展趨勢。物聯網將在各環節運用新興技術，使實驗室發揮在科學研究中的技術支撐作用。

1.2 可穿戴設備

目前，用于健康監測和疾病預測的可穿戴設備是物聯網領域討論的核心內容。隨著中國進入老齡化社會，自我健康監測和預防醫學的需求不斷增加，可穿戴設備具有廣闊的發展前景。[2]可穿戴設備不僅可以監測心率、體表溫度、運動量等生理參數，還能檢測出與肝炎、炎癥甚至胰島素有關的重要生理指標的異常，用于廣泛的醫療觀察。[3]可穿戴研究領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送可靠數據的方向前進。

1.3 生物醫學研究

物聯網技術已在最近的幾項生物醫學研究中得到應用。國外有科學家開發了一個用于帕金森病及糖尿病護理反饋的物聯網平臺;[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育延遲的發展項目;在臨床試驗方面，輝瑞已經與IBM合作建立合作關系;Phillips，Jawbone，Epson等一些公司利用可穿戴設備完成人體數據的收集和分析，探索疑難雜癥的解決方案。[5]總體上，物聯網在科學研究領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通力合作，大都互相隔離，實驗數據不流通，阻礙了科學領域取得更大突破。因此，提升物聯網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

建立科學物聯網。各科研實驗室通過科學物聯網，將他們的分布式傳感器和執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]

科學物聯網利用互聯網技術，將各個實驗室傳感設備互通互聯，從而將各領域的信息整合，實現了繁雜數據的檢測、搜集和系統化管理。實驗室可以通過多種通信手段將數據發送到物聯網云平臺。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據進行統一管理、分析和利用。科研的核心是數據，科學物聯網的建立無疑會大大降低科研人員獲取數據的難度。設想一下，如果研究人員能獲取各地實驗室的數據，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有特點：（1）海量連接;（2）實時性;（3）高并發訪問;（4）多種推送信息方式;（5）打造事件觸發引擎，實現突發事件應急處理;（6）數據管理與分析能力統一。并且，在此基礎上繼續創造：（1）不同領域互相開放，相關聯領域互相促進，打破以往各不相往來的局面;（2）設有討論區，供科學家們提出問題、征集意見、發表見解;（3）設立科學動態專區，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

科學物聯網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，有助于互相激發靈感，從而取得更大的突破。

3.2 造就更好的人工智能

數據對于人工智能的重要性廣為人知，人工智能系統如果需要各地實驗室的數據，該如何挖掘？科學物聯網可以為人工智能搜集海量數據進行訓練。

3.3 有助于提升科學家科研能力，從而推動科學的發展

科學物聯網將科學家從繁瑣的數據收集勞動中解放，可以使其更集中于思考與探索工作。獲取數據更快更及時，數據的精確性、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生。

4 存在的問題

4.1 數據安全

數據安全問題一直是談論焦點。科學物聯網的數據共享存在安全隱患。物聯網設備經常會被一些病毒感染，形成僵尸網絡。例如2016年的Mirai 惡意軟件襲擊了多家互聯網服務公司，有30多萬個物聯網設備遭遇Hajime病毒感染。[8]怎么才能避免科研數據不被非法使用？

4.2 技術難度大、建設成本高

在構建物聯網能力方面，我們面臨確保物聯網安全、跨部門合作、技術嫻熟員工的可用性、無法提供令人信服的投資回報、整合不同的數據等問題。[7]并且各研究領域對科學物聯網的需求不一致，大大增加了開發難度。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，企業在信息安全領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

各實驗室共享數據，借助別人實驗數據得到的驚人實驗成果是否也應共享？這就涉及知識產權問題，解決該問題需要事先有統一的行業標準。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，如果醫生將傳感器放在患者身上，患者的數據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，其實驗數據被遠程收集，這可能會造成實驗成果被抄襲。同時科學物聯網的普及，其安全問題也和國家安全息息相關。各實驗室若全球互聯，不法分子可能會對實驗室進行網絡攻擊，操縱其監控裝置。事實上，我國的物聯網是受美國制約下的國際物聯網的一部分，使用的主流操作系統幾乎都由美國支配，缺少國產研發的產品。相關行業的物聯網一旦發生問題，將嚴重影響該行業發揮社會功能，影響國家經濟，甚至對國家安全造成破壞性影響。[9]

5 發展建議

（1）不斷加強創新，掌握物聯網所需要的關鍵技術，解決現階段應用上的薄弱環節。相關部門要逐步擴大資金投入，提出更多扶助政策，在物聯網核心技術方面做出更大的突破和創新。（2）政府部門需要發揮宏觀引導和調控的作用，引導市場上更多的企業以及科研單位將資金與技術投入到物聯網技術的研究中，全面提高物聯網技術在市場運作范圍下的示范效應。[10]（3）世界物聯網博覽會向世界宣傳科學物聯網概念，積極號召各個領域科學家們通力合作研討安全網絡體系。（4）國與國之間通力合作，讓權威性科學家合作建設該系統，共同商討世界物理網標準。各科研機構應在對物聯網達成統一認識之后，制定相應規范，而不是各自為陣。

6 結語

在科技領域，不同的人對物聯網的發展持有不同的看法，物聯網存在的失敗或許讓一些人對它喪失信心，但物聯網終會是大勢所趨。我們習慣了物聯網帶來的便利，由于物聯網的某些特定因素未被適當解決，其發展將充滿挑戰，必須首先處理安全、隱私和可靠性問題。現如今各個國家都對物聯網寄予厚望，推出了一系列政策促進科學物聯網建設，并且其研究意義使我們更加有動力著手去開發它。科學物聯網的應用將涉及不同行業的具體背景，要加強與行業協作，實現深度融合。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，而非被少數人掌控研發專利，只有這樣，科學物聯網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 挖掘可穿戴設備新增長極——可穿戴傳感器產業技術分析報告[J].高科技與產業化，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.促進癌癥疫苗研發建立科學物聯網[N].科技日報，2018-01-31（002）.

[7]胡涵涵.87%的亞太區企業堅信物聯網的價值[N].人民郵電，2018-01-26（007）.

[8]2017年全球物聯網領域大事記[N].人民郵電，2018-02-01（006）.

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

[10]趙琰.物聯網技術與應用分析[J].河北企業，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;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。