徐思騁，胡福良

（1.浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)2105班，浙江 杭州 310058；2.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058）

1 引言

當(dāng)你仔細(xì)觀察生活中一只小小的蜜蜂，那致密的復(fù)眼，高懸崖壁的蜂巢，是否讓你不禁贊嘆：“神秘！”當(dāng)你走進(jìn)蜜蜂的世界，你又會(huì)驚嘆于其全世界范圍內(nèi)種類的多樣性、小小身軀里所蘊(yùn)含的復(fù)雜又精密的生理功能，那特別、富有幾何美感又極其精準(zhǔn)的“舞蹈語言”為蜜蜂社群高效運(yùn)轉(zhuǎn)所帶來的巨大優(yōu)越性也會(huì)讓你再次忍不住感嘆：“神奇！”。由于蜜蜂在生理構(gòu)造、社群功能、信息傳輸與交流等方面的諸多優(yōu)勢(shì)，使其從紛紜的昆蟲世界中脫穎而出，為人類社會(huì)多領(lǐng)域、多方面的發(fā)展提供借鑒[1]。

從20世紀(jì)90年代開始，“蜜蜂”這一“寶藏”生物蘊(yùn)藏的巨大價(jià)值被“物聯(lián)網(wǎng)”領(lǐng)域所捕捉，在“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念產(chǎn)生的這20多年來，從業(yè)人員研究蜜蜂信息素的傳遞，蜜蜂社群的分工和管理，在物流、通信等方面取得了較大的效率提高與技術(shù)進(jìn)步?！懊鄯洹彪m小，“物聯(lián)網(wǎng)”雖大，后者依然能夠于前者汲取靈感，這也再一次反映出蜜蜂對(duì)人類社會(huì)的巨大借鑒作用。而隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和人類對(duì)蜜蜂保護(hù)意識(shí)的逐漸增強(qiáng)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在授粉、養(yǎng)殖、遠(yuǎn)程監(jiān)控蜂箱、解決移動(dòng)方法等方面為蜜蜂的繁衍生息保駕護(hù)航。我們可以看到，“物聯(lián)網(wǎng)”與“蜜蜂”正相融相生，互促發(fā)展，這也正是人與自然和諧共生所帶來的巨大能量。

2 物聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)述

2.1 什么是物聯(lián)網(wǎng)

“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念最初來源于媒體傳播領(lǐng)域，指基于電視電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)、廣播網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)媒介與互聯(lián)網(wǎng)等新興媒介，實(shí)現(xiàn)所有相關(guān)的、以物理或非物理實(shí)體存在的對(duì)象通過一定的底層邏輯串聯(lián)起來，使資源使用者更加方便地獲取信息、提高效率[2]。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用遍布運(yùn)輸業(yè)、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥、旅游業(yè)、環(huán)境保護(hù)等大量行業(yè)，通過大數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)籌規(guī)劃有效提升了資源分配的合理性、精準(zhǔn)性，促進(jìn)了行業(yè)效率與產(chǎn)值的提高，看似煩瑣的調(diào)配、分配工作在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的幫助下變得簡(jiǎn)捷、輕松[3,4]。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程

“物聯(lián)網(wǎng)”一詞最初來自1995年比爾·蓋茨的《未來之路》一書。但受限于當(dāng)時(shí)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)、軟硬件條件的發(fā)展，該“物物相連”的設(shè)想并未被人們所重視。1999年，由于物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的相對(duì)成熟，美國(guó)Auto-ID將“物聯(lián)網(wǎng)”的概念再次闡釋，并且基于當(dāng)時(shí)最新的研究成果更加細(xì)化。與此同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院?jiǎn)?dòng)了傳感網(wǎng)的研究，并建立了一些較為普及和常用的傳感網(wǎng)（如氣象監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)測(cè)）。當(dāng)時(shí)的人們發(fā)出了這樣一句振聾發(fā)聵的預(yù)言：“傳感網(wǎng)是21世紀(jì)人類面臨的又一個(gè)發(fā)展機(jī)遇”。在各國(guó)的不懈努力下，預(yù)言迅速成真[5]。2005年11月17日，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）在信息社會(huì)世界峰會(huì)（WSIS）上發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，將“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念正式落在了紙面上。報(bào)告指出，“物聯(lián)網(wǎng)”滲透于生活各處的時(shí)代即將來臨，世界上所有從房屋到紙巾、從車輛到牙刷都可以通過主動(dòng)進(jìn)行交換。傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、傳感器技術(shù)、納米微觀、智能嵌入將迎來更廣闊的天地?！吨袊?guó)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報(bào)告（2021）》指出，中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)1.7萬億元，人工智能市場(chǎng)規(guī)模達(dá)3 031億元[6]。《物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三年行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》中明確，到2023年底，在國(guó)內(nèi)主要城市初步建成物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施，社會(huì)現(xiàn)代化治理、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和民生消費(fèi)升級(jí)的基礎(chǔ)更加穩(wěn)固。

3 由蜂而來的靈感

3.1 一種高度專業(yè)化的有機(jī)體系

3.1.1 從蜂群的分工看物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與管理

不同于其他生物，若我們跳出蜜蜂群體的各種細(xì)節(jié)構(gòu)造，以一種宏觀的視角觀察蜜蜂群落，大概會(huì)把它歸為一個(gè)“整體”——一種分工明確，不同蜂種（蜂王、工蜂、雄蜂）各司其職、按功能分類的“大社區(qū)”。蜂王負(fù)責(zé)產(chǎn)卵，繁衍后代；工蜂承擔(dān)繁重的勞動(dòng)；雄蜂負(fù)責(zé)與蜂王交配。若把一個(gè)“蜂箱”以現(xiàn)代社會(huì)中的一個(gè)城市相比，它或許可以被認(rèn)為是一個(gè)真正的“互聯(lián)城市”。如此合理又高效的分工與蜂巢結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)年自然選擇的必然結(jié)果，而這是否能給物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)領(lǐng)域在組織網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與管理方面提供一些啟示？當(dāng)前，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)仍然按照傳統(tǒng)的資源傳遞“前、中、后”3個(gè)板塊分塊設(shè)計(jì)與管理，這就造成“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，一個(gè)環(huán)節(jié)若出了問題整個(gè)鏈就會(huì)出問題的缺陷。設(shè)想，若能打破當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的各個(gè)組成模塊（資源前端、傳輸中端、獲取終端）按照路徑分割的原則，而是參考蜜蜂社群的分工以“功能”進(jìn)行分類，“按需激活”“按需取用”，也許能更有效地克服這一痛點(diǎn)。

3.1.2 蜂巢形狀與物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)造

數(shù)量極大的“終端”是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)最基本也是最主要的元素，需要極為節(jié)能、高效、準(zhǔn)確的方案實(shí)現(xiàn)雙向的聯(lián)結(jié)。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)存在可擴(kuò)展性的有限性，大多采用帶有側(cè)壁和樹型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是一種較為耗能耗時(shí)的構(gòu)成。而蜂巢素來享有“自然界最經(jīng)濟(jì)有效的建筑”之美譽(yù)，其中，正六邊形的建筑結(jié)構(gòu)，可使用空間最大，各方受力均等[7]?！拔锫?lián)網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)雖然是一個(gè)非實(shí)體、抽象的概念，但同樣也可以從蜂巢的結(jié)構(gòu)中獲取一些靈感。比如正六邊形的無限擴(kuò)展性，可以改變物聯(lián)網(wǎng)“擴(kuò)展難”的窘境；六邊形蜂巢各小格緊密相接的特性，或許能為物聯(lián)網(wǎng)各部分的信息交流提供便利。

3.2 蜜蜂信息素與物聯(lián)網(wǎng)智慧通信

Mucignat-Caretta在《化學(xué)通訊的神經(jīng)生物學(xué)》（Neurobiology of Chemical Communication）中指出，“昆蟲之間最先進(jìn)的通信方式即為蜜蜂的信息素”[8]。而在物聯(lián)網(wǎng)中，這種“信息素”被抽象為基于不同目的建立的一系列“協(xié)議”（這也和互聯(lián)網(wǎng)中的各類協(xié)議，如http、TCP/IP等相類似）。各類傳遞信息的傳感器猶如蜜蜂社群中一只只蜜蜂個(gè)體，通過各種協(xié)議的認(rèn)證互相交流。

3.2.1 信息交流的易讀性和明確性

我們知道，蜜蜂的“舞蹈語言”可以表達(dá)食物的數(shù)量、方向和距離，圓形舞蹈表示較近的花蜜或花粉，而“8字”舞蹈則反映了距離較遠(yuǎn)的花源，“8字”交界處舞步的方向與角度，表示花源的方向所在；蜜蜂擺尾時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)短又能表示食物距離的遠(yuǎn)近，擺尾幅度代表了食物數(shù)量的多少。即使來自不同區(qū)域的蜜蜂舞蹈語言“方言”存在一定的差異，許多種類的蜜蜂仍能解碼舞蹈語言中的意義并獲取食物[9]。由此可見，蜜蜂的“舞蹈語言”具有極強(qiáng)的易讀性與明確性，當(dāng)蜜蜂群體將這一整套舞蹈語言“普及”到每一個(gè)個(gè)體之后，整個(gè)群體的信息流就可以高效運(yùn)轉(zhuǎn)起來。

同樣，人類社會(huì)的物聯(lián)網(wǎng)中同樣也通過“協(xié)議”——一一種程式化、確定性的明確規(guī)則保障了物與物、物與人、物與地之間的信息交流，構(gòu)成了一張巨大的、細(xì)致又嚴(yán)密的聯(lián)系網(wǎng)，確保了“物物聯(lián)系”中的易讀性和明確性。

3.2.2 協(xié)議/信息素帶來的系統(tǒng)穩(wěn)定性

不同類型的蜜蜂分泌不同的信息素，用不同的化學(xué)信號(hào)標(biāo)記、識(shí)別，使整個(gè)群體有秩序、有分工地運(yùn)行下去。在一個(gè)暫時(shí)失去蜂王、大量工蜂產(chǎn)卵的蜂群中，工蜂分泌“蜂王信息素”，蜂群中會(huì)暫時(shí)出現(xiàn)工蜂“爭(zhēng)王”的情況，而“爭(zhēng)王”的本質(zhì)在于較量蜂王信息素的高低，在實(shí)際農(nóng)業(yè)實(shí)踐中常常會(huì)通過從外部介入分泌蜂王信息素高于蜂群中所有工蜂的“蜂王”來穩(wěn)住蜂群的秩序?？梢哉f，信息素在維持蜜蜂群體的穩(wěn)定性上有著舉足輕重的作用[10]。同樣，在物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)中，“協(xié)議”也如同蜜蜂的信息素一樣聯(lián)結(jié)著每一個(gè)環(huán)節(jié)的推進(jìn)。舉一個(gè)生活中常見的例子：小區(qū)的外賣收取點(diǎn)以貨架的形式呈現(xiàn)，物品的進(jìn)庫和出庫都需要通過登記、掃描等步驟環(huán)環(huán)相扣而成。我們收到的取件通知短信就是進(jìn)庫這一過程的最后一步，這之前包裹經(jīng)歷了物理性到達(dá)、登記物流號(hào)、導(dǎo)入系統(tǒng)、導(dǎo)出貨架號(hào)、上架等過程，這些步驟的連續(xù)進(jìn)行便依靠每一個(gè)“協(xié)議”的“允許”，就像一扇扇連環(huán)門依次打開，最后向收件人發(fā)送短信。如果這中間有某一個(gè)“協(xié)議”失效或出現(xiàn)問題，就會(huì)出現(xiàn)無法準(zhǔn)確檢測(cè)入庫及出庫物品、物品遺失等問題，該物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)隨之失去原有的穩(wěn)定性，無法正常工作。

由此可見，無論是蜜蜂的“信息素”還是物聯(lián)網(wǎng)的“協(xié)議”，兩者在維穩(wěn)方面異曲同工。

4 物聯(lián)網(wǎng)保護(hù)蜜蜂進(jìn)行時(shí)

4.1 保護(hù)蜜蜂之重要性

受到氣候變化、集約化農(nóng)業(yè)、農(nóng)藥使用、生物多樣性喪失和污染等因素的共同影響，蜜蜂正面臨巨大威脅，蜜蜂的傳粉作用逐漸減弱。而全球35%的糧食作物和3/4的開花植物都依賴蜜蜂和授粉媒介，如果蜜蜂無法正常足量繁衍，全球糧食生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、生物多樣性保護(hù)都會(huì)造成極大威脅。保護(hù)蜜蜂，在一定程度上也能夠維系地球資源、保護(hù)人類可持續(xù)性發(fā)展的未來，由此，保護(hù)蜜蜂勢(shì)在必行。

4.2 物聯(lián)網(wǎng)——也是蜜蜂的一大福音

4.2.1 龐大的世界蜜蜂監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

2014年，世界蜜蜂計(jì)劃（The World Bee Project）正式啟動(dòng)，這是一個(gè)以監(jiān)測(cè)全球蜜蜂數(shù)量為主要工作內(nèi)容的私人組織，從氣候變化、人為影響等方面探討如何有效保護(hù)全球蜜蜂數(shù)量。2018年，為從一個(gè)更加宏觀和更加科學(xué)的角度展開相關(guān)研究，物聯(lián)網(wǎng)子技術(shù)——云技術(shù)被應(yīng)用于該計(jì)劃中，通過收集各類科學(xué)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)分析、動(dòng)態(tài)規(guī)劃，同時(shí)也催生了世界蜜蜂項(xiàng)目蜂巢網(wǎng)絡(luò)（The World Bee Project Hive Network）的誕生。物聯(lián)網(wǎng)的傳感器可在“視”“聽”兩方面幫助蜜蜂生存。在蜂房附近設(shè)置一系列多角度、相對(duì)無死角的攝像機(jī)，監(jiān)測(cè)蜜蜂天敵的入侵、蜂巢及蜂群是否出現(xiàn)異樣。此技術(shù)下養(yǎng)蜂人無需過多實(shí)地觀測(cè)，尤其是在一些惡劣天氣情形下極大地減輕了養(yǎng)蜂人的工作負(fù)擔(dān)。另一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是通過聲音收集設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。不同數(shù)量品種的蜂群常常會(huì)在聲音上有所差異，由此方便養(yǎng)蜂人及研究者對(duì)蜜蜂數(shù)量曲線的變化、不同蜂種對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性等進(jìn)行記錄和研究。另外，通過收集蜂房附近濕度、溫度、空氣質(zhì)量等條件也可以為養(yǎng)蜂人及時(shí)調(diào)整養(yǎng)蜂策略提供及時(shí)的參考。還可以利用計(jì)算機(jī)人工智能（AI）算法構(gòu)建蜜蜂聚集模型，預(yù)測(cè)蜂群的行為，比如蜜蜂是否成群等，促進(jìn)全球蜜蜂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[11]。

4.2.2 物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人輔助授粉

當(dāng)前蜜蜂的傳粉功能正面臨較大危機(jī)，這對(duì)全球農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)造成威脅。而物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人的存在則可以彌補(bǔ)這一問題。波蘭華沙理工大學(xué)正在研發(fā)名叫B-Droid的無人機(jī)，可以定向找到花朵并且收集花粉、自動(dòng)授粉；哈佛大學(xué)名為RoboBee X-Wing的機(jī)器人以太陽能為能源，其智能傳感器能模仿蜜蜂的生理反應(yīng)對(duì)環(huán)境條件做出反應(yīng)，完成授粉工作[12]。

5 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)與蜜蜂，兩者看似毫無關(guān)聯(lián)，卻相輔相成、相互協(xié)同，在蜜蜂養(yǎng)殖與保護(hù)、物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建與管理、生態(tài)保護(hù)、生物多樣性等方面有著千絲萬縷的關(guān)系。人類社會(huì)的發(fā)展從來都不是憑人類一己之力完成的，經(jīng)過長(zhǎng)期進(jìn)化與自然選擇得來的生物習(xí)性、生物特征、自然現(xiàn)象必然符合自然規(guī)律，對(duì)人類而言存在著大量富有實(shí)踐性的參考價(jià)值。這也是人與自然相融相生的一種途徑，即人類向自然學(xué)習(xí)。同時(shí)，人類在獲取這些經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)也應(yīng)用科技手段、精尖技術(shù)幫助生物、維護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自然的反哺。而這一切的一切，都需要人類永懷一顆對(duì)自然的敬畏之心，對(duì)地球家園的熱愛之心。