[前沿] 智能手机的科研用处

来源:作者:曾凡齐 发布时间:2016-04-13 浏览次数:560

 

331日,Nature杂志刊发了一篇如何用智能手机开展大规模众包式的科学研究的科技报道《Smartphone science》。

 

10多年前,荷兰天文学家Frans Snik发明了一个简单的光学装置,用来测量大气中影响人类健康和气候的粉尘、烟尘和气溶胶等粒子的密度。他希望将这个装置安放到在轨卫星上。但是在2011年的某个下午,Snik对这个装置进行了改进,并把它跟iPhone手机的摄像头进行集成。智能手机的屏幕可以显示各种各样的颜色,Snik的装置可以把照射进来的光分解为包含偏振信息的光谱,然后传到摄像头。这样一来,Snik意识到他可以组合利用很多智能手机来实现原先计划在太空中进行观测才能实现的效果。

 

“我们在想,为什么不能把每个人每天都揣在口袋里的科技用起来呢?”2013年,Snik和他在荷兰莱顿大学的同事们向本国至少8000iPhone手机用户赠送或售卖了一款叫做iSPEX的光学设备。这些使用者根据使用说明,安装好配套的app,然后就可以用手机去拍摄当地的天空。这种众包的方式在一天之内就构建起了一个在线的光谱数据库,得到了空前精确的荷兰大气粒子分布图,并且这些是在观测卫星发射之前用很小的花费完成的。此后,这个团队得到了欧盟的资助,以将项目推广到11个欧洲城市。

 

许多研究者在探寻利用智能手机开展科研的方法。Snik的项目,以及地球物理学家,天文学家等等需要搜集大量科研数据的科学家们走在了这一潮流的前面。智能手机内置了很多传感器,例如摄像头,麦克风,加速器和压力感应器,这些装置搭配上app后能为大众提供高质量的数据。北达科他州大学一位利用智能手机开展研究的计算机科学家Travis Desell认为“这其中有成吨的科学可能。”

 

想用智能手机做研究的科学家首先要评估这些装置能否达到测量标准,还要决定使用什么样的软件开发平台,以及找到招募用户的办法。尽管招募用户不复杂,可以利用社交媒体,但是仍要花一些时间。Snik团队在开展iSPEX项目的时候,先通过荷兰媒体招募到了几千个用户,随后通过一个环保基金会又招募到了一些参与者。尽管如此,iSPEX的研究者还是花费了一年半的时间在这项众包活动上,他们的工作包括上传用户指导手册和视频到官网上,在线宣传推广以及答疑。他们的付出得到了回报,最后收集到了6000多份数据。

 

研究者对众包数据获取的技术越了解,完成项目时会越有好处,例如知道如何编程制作app对研究工作会有很大的帮助。但是,在计算机技术方面不太熟悉也没关系,现在有一些专门的技术公司能够协助制作appSnik团队就找过专业的公司制作app。此外,如果研究经费紧张,还可以去一些免费的在线网站寻找资源。在开展工作的时候,研究者要注意选择合适的app开发平台,iOSAndroid都有各自的特点。

 

威斯康辛大学麦迪逊分校的遥感专家Liam Gumley开发了一款改进天气预报的app,基本技术对手机拍摄的天空照片和卫星照片进行对比分析。对于那些对智能手机辅助科研感兴趣的人,他的建议是:“Just do it!Gumley还建议,在设计app的时候可以将整个功能流程画出来,包括app的各个模块。

 

在完成app后,最关键是处理搜集到的大数据。

 

来自加州大学伯克利分校的博士生Qingkai Kong认为:“如果你把app推广到全球,你会在几天之内获得超出预期的数据。”Kong正在制作一款名为MyShake的地震学方面的app。他们的团队在经过小范围的用户测评后,转向了Amazon Web Services以搭建数据库。

 

获得数据后,辨别它们的可靠性是件很难的事。Kong和他的同事对MyShake进行了改进,以区别真实的地震和用户震动手机。加州理工学院有个团队也开发了一款类似功能的app——CSN-Droid,但他们由于无法可靠地得到需要的数据,现在停止了这个项目。不过,Kong认为严格的软件测试能够保证软件的可靠性。

 

加州大学尔湾分校的粒子物理学家Daniel Whiteson也在处理数据的可靠性,他们开发了一款名为CRAYFIS(Cosmic Rays Found in Smartphones)app,其功能是让用户通过智能手机观察和记录高能宇宙射线进入地球大气层时产生的残存粒子。全球范围内有超过150000人注册参与到这项研究之中。但在发布正式版app前,他们想确认这种免费的方法的可行性,目前该团队正在全球1000多台手机上进行app的测试。

 

虽然有一些瑕疵,但是app作为一种新型的收集数据的科研众包工具还是很受研究者的喜爱。智能手机是许多科学家日常生活的必需品,同时它们也可以担任科学实验的好帮手。Whiteson认为,智能手机很强大也很灵活,是一个很大的平台,而我们目前只是刚刚想到它的科学用处。

 

 

 

文章来源:http://www.nature.com/naturejobs/science/articles/10.1038/nj7596-669a