浅析物联网在科学研究中的应用
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摘 要：随着科学技术的不断发展，物联网成为世界范围内的热点讨论问题。如今物联网技术在工业、物流、农业生产等方方面面发展的如火如荼。随着云平台的发展，物联网开始助力于科学研究领域，本文浅析了物联网在国内外科学研究中的应用现状、前景展望、研究意义、存在问题，并给出了发展建议。
关键词：物联网;科学研究;科学物联网;云平台
物联网指通过某种方式将各种大规模的群体智能传感器和执行器连接到互联网。它们好比一个个不断学习的人工智能，周围环境的变化促进它们的学习，从而为人类提供更好的服务。物联网不仅是技术的革新，也是各领域发展的新动力。各高校、实验室、企业也开始行动起来，将物联网引入科研领域，助力与科学研究。
1 物联网在科学研究中的应用现状
1.1 智能实验室
实验室是科技创新的重要组成，物联网在科学研究中的应用主要集中在实验室的改革：打造智能实验室。微软全球最大的人工智能和物联网实验室落户上海并计划于今年4月开始运行，将推动物联网与企业数字化转型深度融合。医学领域，出现了“迷你”便携智能实验室。微生物学家用其来判断细菌的抗敏性;俄罗斯科学家利用它在短时间内为患者找到能够杀灭感染病毒的抗生素。[1]随着科学技术的发展以及检测市场规模的不断扩大，智能实验室成为发展趋势。物联网将在各环节运用新兴技术，使实验室发挥在科学研究中的技术支撑作用。
1.2 可穿戴设备
目前，用于健康監测和疾病预测的可穿戴设备是物联网领域讨论的核心内容。随着中国进入老龄化社会，自我健康监测和预防医学的需求不断增加，可穿戴设备具有广阔的发展前景。[2]可穿戴设备不仅可以监测心率、体表温度、运动量等生理参数，还能检测出与肝炎、炎症甚至胰岛素有关的重要生理指标的异常，用于广泛的医疗观察。[3]可穿戴研究领域正朝着设备尺寸最小化、测量更多生命迹象以及通过智能手机发送可靠数据的方向前进。
1.3 生物医学研究
物联网技术已在最近的几项生物医学研究中得到应用。国外有科学家开发了一个用于帕金森病及糖尿病护理反馈的物联网平台;[4]在西班牙，政府资助了一个旨在自动检测儿童精神运动发育延迟的发展项目;在临床试验方面，辉瑞已经与IBM合作建立合作关系;Phillips，Jawbone，Epson等一些公司利用可穿戴设备完成人体数据的收集和分析，探索疑难杂症的解决方案。[5]总体上，物联网在科学研究领域的应用仍位于起步阶段。各大实验室及其科研人员未实现通力合作，大都互相隔离，实验数据不流通，阻碍了科学领域取得更大突破。因此，提升物联网在科学研究中的应用水平，有助于集中科研力量取得更大突破，使科学更平等、透明。
2 前景展望
建立科学物联网。各科研实验室通过科学物联网，将他们的分布式传感器和执行器链接到一个强大的开放式机器学习平台，由此推动全球范围的实验。[6]
科学物联网利用互联网技术，将各个实验室传感设备互通互联，从而将各领域的信息整合，实现了繁杂数据的检测、搜集和系统化管理。实验室可以通过多种通信手段将数据发送到物联网云平台。在各验室共同遵守一定道德和法律标准的前提下，该平台通过定制化的服务对各个实验室的数据进行统一管理、分析和利用。科研的核心是数据，科学物联网的建立无疑会大大降低科研人员获取数据的难度。设想一下，如果研究人员能获取各地实验室的数据，将会给科学研究带来多大突破？
该云平台将继承如今开放平台现有特点：（1）海量连接;（2）实时性;（3）高并发访问;（4）多种推送信息方式;（5）打造事件触发引擎，实现突发事件应急处理;（6）数据管理与分析能力统一。并且，在此基础上继续创造：（1）不同领域互相开放，相关联领域互相促进，打破以往各不相往来的局面;（2）设有讨论区，供科学家们提出问题、征集意见、发表见解;（3）设立科学动态专区，供实验室人员及时了解全世界科学大事件。
3 研究意义
3.1 推动合作与交流
科学物联网为科研人员提供了更便捷的交流方式，科研难题可以更快速的得到帮助，有助于互相激发灵感，从而取得更大的突破。
3.2 造就更好的人工智能
数据对于人工智能的重要性广为人知，人工智能系统如果需要各地实验室的数据，该如何挖掘？科学物联网可以为人工智能搜集海量数据进行训练。
3.3 有助于提升科学家科研能力，从而推动科学的发展
科学物联网将科学家从繁琐的数据收集劳动中解放，可以使其更集中于思考与探索工作。获取数据更快更及时，数据的精确性、安全性、时效性及全面性更高，大大提高了科研的准确性和可重复性，加速了新科研成果的产生。
4 存在的问题
4.1 数据安全
数据安全问题一直是谈论焦点。科学物联网的数据共享存在安全隐患。物联网设备经常会被一些病毒感染，形成僵尸网络。例如2016年的Mirai 恶意软件袭击了多家互联网服务公司，有30多万个物联网设备遭遇Hajime病毒感染。[8]怎么才能避免科研数据不被非法使用？
4.2 技术难度大、建设成本高
在构建物联网能力方面，我们面临确保物联网安全、跨部门合作、技术娴熟员工的可用性、无法提供令人信服的投资回报、整合不同的数据等问题。[7]并且各研究领域对科学物联网的需求不一致，大大增加了开发难度。信息安全问题扩大也造成信息安全开支加大。有报道称，2021 年前，企业在信息安全领域的开支将增加大约364亿美元。[8]
4.3 伴随着一系列法律问题
各实验室共享数据，借助别人实验数据得到的惊人实验成果是否也应共享？这就涉及知识产权问题，解决该问题需要事先有统一的行业标准。更重要的是信息安全法律问题，针对不同主体，有不同的形式。对于个人，有个人隐私信息保护问题，如果医生将传感器放在患者身上，患者的数据上传到云空间被不法利用该怎么办？对于实验室，通过被标记对象，其实验数据被远程收集，这可能会造成实验成果被抄袭。同时科学物联网的普及，其安全问题也和国家安全息息相关。各实验室若全球互联，不法分子可能会对实验室进行网络攻击，操纵其监控装置。事实上，我国的物联网是受美国制约下的国际物联网的一部分，使用的主流操作系统几乎都由美国支配，缺少国产研发的产品。相关行业的物联网一旦发生问题，将严重影响该行业发挥社会功能，影响国家经济，甚至对国家安全造成破坏性影响。[9] 5 发展建议
（1）不断加强创新，掌握物联网所需要的关键技术，解决现阶段应用上的薄弱环节。相关部门要逐步扩大资金投入，提出更多扶助政策，在物联网核心技术方面做出更大的突破和创新。（2）政府部门需要发挥宏观引导和调控的作用，引导市场上更多的企业以及科研单位将资金与技术投入到物联网技术的研究中，全面提高物联网技术在市场运作范围下的示范效应。[10]（3）世界物联网博览会向世界宣传科学物联网概念，积极号召各个领域科学家们通力合作研讨安全网络体系。（4）国与国之间通力合作，让权威性科学家合作建设该系统，共同商讨世界物理网标准。各科研机构应在对物联网达成统一认识之后，制定相应规范，而不是各自为阵。
6 结语
在科技领域，不同的人对物联网的发展持有不同的看法，物联网存在的失败或许让一些人对它丧失信心，但物联网終会是大势所趋。我们习惯了物联网带来的便利，由于物联网的某些特定因素未被适当解决，其发展将充满挑战，必须首先处理安全、隐私和可靠性问题。现如今各个国家都对物联网寄予厚望，推出了一系列政策促进科学物联网建设，并且其研究意义使我们更加有动力着手去开发它。科学物联网的应用将涉及不同行业的具体背景，要加强与行业协作，实现深度融合。我们希望它尽早服务于人类，并且是由各国科学家一起研发，而非被少数人掌控研发专利，只有这样，科学物联网才能更安全地造福人类。
参考文献：
[1]科学仪器，2019实验室扎推新建智能实验室是未来趋势，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]杨雨寒，李扬，赵婉雨，巩玥，宋秀芳.聚焦四大核心传感技术 挖掘可穿戴设备新增长极——可穿戴传感器产业技术分析报告[J].高科技与产业化，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]刘霞.促进癌症疫苗研发建立科学物联网[N].科技日报，2018-01-31（002）.
[7]胡涵涵.87%的亚太区企业坚信物联网的价值[N].人民邮电，2018-01-26（007）.
[8]2017年全球物联网领域大事记[N].人民邮电，2018-02-01（006）.
[9]袁媛.物联网信息安全法律问题[J].法制博览，2018（03）：149-150.
[10]赵琰.物联网技术与应用分析[J].河北企业，2018（02）：162-163.
作者简介：常利婷（1998-），女，山东菏泽曹县人，本科，研究方向：计算机科学与技术;王悦（1997-），女，山东聊城东阿县人，本科，研究方向：计算机科学与技术。
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