物联网的隐形边缘

几年前，乔治亚理工学院电信集团主席Ian Akyildiz教授在接受BBC采访时曾说过一句名言:“(物联网的)不可避免的终点是纳米物联网”(来源:“物联网:垃圾话预示移动未来”2013年5月14日，英国广播公司。

根据国际标准化组织ISO提供的工作定义:“纳米技术是在纳米尺度上对物质和过程的理解和控制，通常，但不完全是，在一个或多个维度上低于100纳米，其中尺寸依赖现象的出现通常能够实现新的应用。”

作为纳米技术在物联网(IoT)领域应用的说明性例子，人体传感器网络(电子健康)首先映入脑海。纳米物联网确实“不可避免”将在全球范围内彻底改变医疗保健。医疗保健服务的需求和供应之间的差距越来越大，这有利于基于远程监控和跟踪的解决方案。事实上，问题不在于这些解决方案是否会成为主流，而在于何时会成为主流。随着重大技术突破的不断涌现，采用的时间框架可能比通常预期的要短得多(例如，通过使用的能源收集)“王中林教授”使用身体动作，如捏手指来发电)。

然而，在医疗保健之外，正在酝酿中的纳米革命是广泛而深刻的。“纳米传感器有望带来革命性的应用，包括早期疾病检测，从而实现更快的治疗和更好的结果，以及早期和准确地检测环境污染物、污染物，甚至生物或化学武器。由于这些潜在应用的多样性，纳米传感器预计将影响多个经济部门，包括医疗保健、制药、农业、食品、环境、消费品和国防部门。国家纳米技术计划）.

物联网，可以简单地解释为一个比喻，描述由于技术和社会融合趋势，非人类的任何事物(即“人联网”的基础)进入通信空间，将在很大程度上由“纳米思维”塑造。

显然，在物联网结构中集成越来越小的传感器和执行器的趋势越来越强。在物联网设备中越来越普遍地使用微机电系统或MEMS(例如，加速度计)证明了这一趋势。但对更小规模设备(如纳米机电系统或NEMS)的加速需求同样强劲，以至于当前关于物联网边缘计算的讨论不应忽视它。

就目前而言，为了测量、监控和控制世界，与世界的接口是通过附加传感器和/或执行器完成的。这是合乎逻辑的一步，但肯定不是最后一步。

同样的方式，DVD写入器，过去是外围设备，现在是计算机功能集的组成部分，传感器和执行器将嵌入到材料中:材料将固有地具有传感和/或执行功能。

虽然集成电子技术的研究仍在进行中，但所谓的“下一代电子技术”已将智能与材料结合起来。在不久的将来，“物联网”或物联网边缘中的“事物”将不再是一个独特的传感器和/或执行器，而是材料本身。

集成电子学研究的挑战与机遇
从历史上看，集成电子学主要专注于扩展硅基器件的尺寸(摩尔定律)。直到最近，这些硅器件的材料和设计几乎没有什么变化。现在需要替代材料和器件结构，如硅的“鳍”或纳米线，以继续器件的缩放。尽管在可预见的未来，不断提高的计算速度可能还会继续，但新的范式正变得同样重要，甚至更加重要。片上系统的概念是在硅平台上执行新功能(例如化学或生物传感等MEMS设备)，这是一个越来越重要的范式。

但是，成本的持续降低和计算能力支持的加速小型化正在进一步推动纳米技术进入物联网边缘。研究人员现在不仅在传感器/执行器的“组成材料”上投入了精力，而且还在“宿主材料”上进行了颠覆性的研究，该“宿主材料”将容纳传感器/执行器。这项研究是下一代电子产品的核心，将彻底改变产品的制造和使用方式。

制造业转型:智能嵌入日常材料
如认为在其他地方在美国，先进制造业是物联网发展的核心，任何物体都需要嵌入“智能潜力”。今天，微小的传统(通常是硅基)电子产品仍然是单独制造的，因此仍然是“添加”到材料上的。下一代电子产品将把智能直接集成到日常材料中。

目前的先进研究重点是如何修改传统材料(纺织纤维、纸张等)，以一种使其与材料融为一体的方式插入智能功能，从而将日常材料转变为传感器和/或驱动器。

例如，纸张和纤维素等传统材料具有有趣的特性，这使它们成为高科技升级的良好候选者。它们很轻(比目前的电路平台轻得多);延展性(可以用剪刀修剪或穿孔，便于撕裂):可获得(性价比高);灵活(可以存储在小空间，并发展成三维独立结构);无处不在(随处可见，如一次性杯子，书籍，包装等)和可回收。想象一下，在每个包装容器的地址贴纸上廉价地嵌入一个GPS单元，或者开发一种可以感知、通信，也许还可以为穿着衣服的人控制当地温度的纺织纤维。

以上的例子仅仅提供了将纳米技术应用于日常材料所带来的广泛可能性的一瞥。

避免制造具有不和谐音能力的智能产品所需的标准
物联网行业目前有许多物联网标准项目。虽然标准开发组织(sdo)在开发物联网/机器对机器通信(M2M)标准方面已经工作了相当长一段时间，但在过去的18个月里，我们目睹了世界各地相关举措的加速发展。

除了垂直市场相关的标准化工作之外，一些人正在批判性地关注架构本身。一些没有任何优先顺序的例子是IEEE工作组P2413的物联网架构框架，智能对象联盟(IPSO)以基于IP的物联网堆栈为中心的IP参考架构，思科在最近芝加哥举行的物联网世界论坛上宣布的七级参考模型，IBM使用比特币区块链(Adept平台)的物联网架构提案，国家研究计划公司(CNRI)倡导的数字对象体系结构(DOA)，国际电信联盟(ITU)于2013年9月批准了ITU- t X.1255“身份管理信息发现框架”的建议，可视为走向DOA的第一步。

边缘显然是预期体系结构的关键组件。在某些情况下，边缘计算(极端端点接管集中式节点，将原始数据转换为可操作的信息)是拟议框架的中心。如果所有类型的材料都将成为事实上的端点，标准必须认识到这种正在发生的根本变化，并考虑到这种新环境所提供的限制和约束以及机会。

结论
科学技术的巨大进步将促进将迄今为止完全陌生的事物直接纳入通信领域。墙壁、桌子、衣服、鞋子、管道、汽车和基础设施组件等都有可能成为一个巨大的通信网络的边缘，产生大量的数据。如今，这可以通过附加代理实现，即“事后”插入传感器和执行器，有时几乎是事后才加进去的。未来，日常材料将成为它们自己的传感器、执行器，甚至是能量收集器。

这些新的可能性不仅会产生直接的安全和隐私问题，还会重新定义行业(如半导体)，创造新的行业(如维护)，转变商业模式和功能(如营销)，同时要求新的教育和培训。

Eric M. Vogel博士是材料科学与工程教授，美国科学院副主任电子和纳米技术研究所(IEN)，乔治亚理工学院材料研究所共享资源副主任。他是一位多产的研究人员，著有150多篇出版物和5本书章节，此外还有许多其他科学和技术贡献，主要与未来电子设备和材料有关。

阿兰·卢彻斯(Alain Louchez)是物联网技术发展与应用中心他组织并在世界各地的物联网(IoT)标准相关的活动中发言。他将于2014年12月2日至3日在阿塞拜疆巴库举行的Bakutel会议上发表主题演讲(“物联网:超越连接”)。