為地球建一套中樞神經系統

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“地球中樞神經系統”(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·薩根曾經問道:“誰會為地球說話?”現在惠普公司回答，不久以后地球很可能就可以為自己說話了。“地球中樞神經系統”CeNSE(Central Nervous System for the Earth)是惠普公司2008年提出的宏偉構想，他們預計于未來5年在全球范圍內安裝超過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。這個龐大的系統將實時監測地球的情況，而地球將利用這套系統與人類對話。

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境相結合，建立一套更安全、有效、經濟的高精度地震波傳感系統，用于油田或天然氣礦的勘探以及開采進度監視。

這套系統的核心技術便是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、北美的一些非常規天然氣礦——成為囊中之物，這也是“地球中樞神經系統”第一次在實際中應用。殼牌公司研發部門的執行副總裁杰拉德·肖特曼認為:“油氣礦勘探技術將由此得到飛躍發展。”

承擔CeNSE具體研發的是惠普信息與量子系統實驗室。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病了。”毫無疑問，他指的是各種環境問題——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，利用我們在信息采集和處理方面的強項為醫生提供信息，幫助他做出準確的診斷和制定有效的治療方案。”

CeNSE數以億計的傳感器正是這個體檢系統。“這些傳感器可以告訴我們地球的健康狀態。我們的湖泊和河流怎樣?我們的森林怎么樣?這些技術能夠幫助我們管理這些社會資產。”威廉姆斯博士說。對于山體滑坡、地震、洪水、大規模山火爆發等，甚至包括病蟲害，CeNSE掌握第一手情況對農業、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，實時監測其安全狀況。“甚至在真正的故障出現之前，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鍵，而CeNSE將使人們的生活更加安全。”

三層硅造的神經

為保證CeNSE能有效運轉，“我們要求傳感器的靈敏度必須比現有水平大，”威廉姆斯說。第一個用于CeNSE的傳感器是在哈特韋爾的領導下進行研發的，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和發射器的相對位置發生變化。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，它能夠對運動或振動進行傳感，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，把你的一根頭發縱向劈成10億根細絲，只要其中一根發生擺動，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。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。”

得有大企業來為海量傳感埋單

除了位置的傳感器，惠普還計劃開發能夠感應光照、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、農田等大面積區域里，還可以被貼在醫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”的監測，比如舊金山金門大橋，也可能需要1萬個傳感器節點;對于商業貨運的全程監測，可能需要100萬個節點。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有望解決這個問題，“最終低到幾分錢”。但他也承認，“我們現在所處的階段被生意人稱為‘死亡之谷’……我們現在擁有這個技術，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。

能部署如此大規模傳感器系統的只能是大企業，“最應該采用這項技術的應該是化工行業或者是能源部門，這些行業有龐大的資產和工廠需要監控”，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。

為了幾個比特，我們需要無數比特

但是大企業在這些數據上花錢是值得的，谷歌已經證明了數據的價值。惠普認為，把信息的采集和處理結合起來，CeNSE才能發揮威力。在CeNSE系統中，如果有10萬個傳感器，每天24小時不斷收集數據，半年之肉就會產生20PB的數據，這超過了4萬塊500G硬盤的容量。威廉姆斯博士承認，“這樣的數據量絕對是來勢兇猛”，何況CeNSE最終將部署億萬個傳感節點。

然而，對人類行為起指導作用的可能最終只歸結到很少的信息量。“比如你該走哪條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省20分鐘。”但是，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和企業服務部門能夠為此提供足夠的技術支持。

哈特韋爾相信，這就是為何CeNSE將使這個世界更加安全、便捷，它甚至將改變人們的日常生活方式，“你可以告訴孩子要關燈，但如果電燈可以自己關掉，這不是更有效?”