智能塵埃：無線傳感網的微縮景觀

　　為調查Condor號宇宙飛船的失蹤，強大的“所向披靡”號宇宙飛船降落在名為Regis III的星球。船員們在調查過程中發現，在這個貌似沒有生命的荒涼星球上，存在著多種具有自治、自修復能力的微小機器人。與達爾文“物競天擇”的進化論相似，機器人的進化是靠戰爭完成的。戰爭中幸存者往往是群居的昆蟲狀納米機器人。它們平時對人無害而且行為簡單。而一旦被激怒，它們會迅速聚集成一個龐大的“昆蟲”云，通過個體間的自組織，表現出十分復雜的行為能力，并發射強大的電磁輻射浪涌來擊潰入侵者……

　　這個與電影《阿凡達》類似的星球之戰的場景，源自波蘭科幻小說大師史坦尼斯勞·萊姆1964年出版的科幻小說《所向披靡》(《The Invincible》)。《所向披靡》中有關納米機器人的感知、自治、自修復和群體內部通信與自組織的描述，被視為對智能塵埃最早的暢想。

　　在本世紀最初的幾年中，智能塵埃曾經是科技界時髦的話題，然而到了近幾年，智能塵埃變得銷聲匿跡。究其原因，倒不是因為研究方向出現問題，而是即便以今天的技術工藝水平而論，要將傳感器、模擬/數字電路、通信乃至電源全部封裝在1mm3的空間中，仍然是個艱巨的挑戰。

　　如今，智能塵埃早已淹沒在無線傳感網如雷貫耳的聲浪中，然而不可否認的是，智能塵埃不僅是無線傳感網的源頭，而且，還將成為無線傳感網的歸宿。

　　Pister：智能塵埃的發明人

　　將萊姆的文字付諸行動的是美國加州大學伯克利分校教授Kristofer Pister。Pister本科畢業于加州大學圣地亞哥分校應用物理學專業后，又在伯克利分校獲得計算機、電子學兩個碩士學位和電子學專業的博士學位。

　　跨學科而又相互關聯的知識結構為Pister率先將MEMS(微電子機械系統)技術應用于智能塵埃并最終成為智能塵埃的發明人奠定了堅實的知識基礎。

　　1992年前后掀起了一陣智能熱：智能居室、智能建筑、智能炸彈等等，于是Pister想起了“智能塵埃”這個詞。而Pister有關智能塵埃的實質性研究則始于1994年，與此同時，他還開展了相關硬件平臺的研發。

　　這項得到美國國防部先進研究計劃局(DARPA)微系統技術辦公室MEMS計劃資助的研究，目的是通過演示來證明一個完整的傳感器和通信系統可以被集成到立方毫米量級的空間中。由于DARPA的資助范圍并不包括傳感器，Pister與其同事從一開始就沒有把目標放在特殊的傳感器上，而是將研究的重點放在了系統的微型化、集成技術和能源管理等方面。

　　為了配合Pister的智能塵埃項目，DARPA網絡嵌入式系統技術辦公室(NEST)還資助伯克利分校Jason Hill和David Culler開發超小型操作系統TinyOS。

　　TinyOS是一種開源的、基于構件技術的操作系統平臺，該研究小組于1999年推出TinyOS的首個版本。時至今日，TinyOS依舊是無線傳感網在嵌入式市場中的首選。

　　近觀智能塵埃

　　Pister研究項目的最終目標是到2010年7月，在立方毫米量級上實現具有自治能力的傳感器系統。具體而言，傳感器采用溫度傳感器或者加速度傳感器;計算單元由可定制化的混合信號CMOS ASIC(專用集成電路)實現，這一專用電路包括模擬I/O、DSP(數字信號處理器)、控制器等功能單元;通信部分由激光二極管構成的激光通信發射系統和激光通信接收系統構成;電源部分則由硅光電池、電容器和薄膜電池組成。

　　1999年7月，Pister演示了一個體積大約為100立方毫米的硬件系統平臺，這個系統有兩個芯片，其中一個是基于MEMS技術的光學發射陣列，另一片CMOS專用集成電路(ASIC)則含有光學接受器、充電泵浦和簡單的數字控制器。