【儀表網(wǎng) 儀表新概念】四個(gè)現(xiàn)代化即“工業(yè)現(xiàn)代化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、國(guó)防現(xiàn)代化、科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化”，簡(jiǎn)稱“四化”，是中國(guó)共產(chǎn)黨1960年代提出的國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)。1964年，周恩來總理提出把中國(guó)建設(shè)成為一個(gè)具有現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代國(guó)防和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的社會(huì)主義強(qiáng)國(guó)。改革開放三十年來，中國(guó)銳意進(jìn)取逐步實(shí)現(xiàn)了“四個(gè)現(xiàn)代化”。

　　
　　而在信息技術(shù)（IT）發(fā)展的百年歷程中，從摩爾斯電碼到“埃尼阿克”計(jì)算機(jī)，從晶體管到集成電路，從移動(dòng)通信和Wi-Fi網(wǎng)到人工智能和物聯(lián)網(wǎng)，這些技術(shù)革新深刻地改變著人類現(xiàn)代社會(huì)?；仡欉^去展望未來，中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所科學(xué)家、美國(guó)佐治亞理工學(xué)院終身教授王中林提出了信息科學(xué)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的“四化”：即微小集成化、無線移動(dòng)化、功能智能化和全自驅(qū)動(dòng)化，相關(guān)文章發(fā)表于新一期的《今日材料》（Materials Today，DOI: 10.1016/j.mattod.2016.12.001）期刊。
　　
　　信息技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的時(shí)期，可以概括為計(jì)算機(jī)通信技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的歷程。1836年，美國(guó)的摩爾斯發(fā)明了電報(bào)，成為通信技術(shù)的開山鼻祖。到了1946年，賓夕法尼亞大學(xué)成功研制出臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備，“埃尼阿克”標(biāo)志著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的問世。然后，人類于1948年發(fā)明了個(gè)晶體管，又于1958年研制出塊集成電路，短短十年時(shí)間，便引發(fā)了一場(chǎng)波及的微電子技術(shù)革命。
　　
　　微電子技術(shù)能夠?qū)⑷找鎻?fù)雜的電子信息系統(tǒng)集成在一個(gè)小小的硅片上，使電子設(shè)備向著微型集成化發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)了集成電路從中、小規(guī)模逐步發(fā)展為大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路。緊接著1969年，美國(guó)成功組建了世界上采用分組交換技術(shù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，到了1986年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金網(wǎng)NSFNET建成并于1991年促成因特網(wǎng)進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，從而使互聯(lián)網(wǎng)得到飛躍性的發(fā)展，給整個(gè)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)以及人類社會(huì)的進(jìn)步帶來了重大影響。
　　
　　21世紀(jì)以來，基于移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)“Internet of things（IoT）”成為新一代信息技術(shù)的重要組成部分和發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算等通信感知技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)是將互聯(lián)網(wǎng)和世界各地的任何東西（例如航運(yùn)對(duì)象，貨物運(yùn)輸商和人等）鏈接起來的技術(shù)驅(qū)動(dòng)力，它需要廣泛分布的傳感器例如射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)器、定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，用于健康監(jiān)測(cè)、平安家居、智能交通、物流供應(yīng)、環(huán)境保護(hù)、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)和安全等領(lǐng)域。而驅(qū)動(dòng)這些數(shù)以億計(jì)傳感器的能源供應(yīng)是亟待解決的問題。考慮到傳統(tǒng)電池技術(shù)有限的壽命、高維護(hù)成本和環(huán)境問題，這不是物聯(lián)網(wǎng)供能的佳解決方案。通過從工作環(huán)境收集能量（如風(fēng)、摩擦、聲學(xué)、超聲波、生物、流體）使設(shè)備自供電，并可持續(xù)地操作和運(yùn)轉(zhuǎn)，這是王中林基于2006年和2012年分別發(fā)明壓電納米發(fā)電機(jī)和摩擦納米發(fā)電機(jī)提出自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(self-powered system)的原始動(dòng)機(jī)?；谖灰齐娏鲿r(shí)變電場(chǎng)和壓電/靜電感應(yīng)原理的納米發(fā)電機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：低頻下的高能量轉(zhuǎn)化效率、小體積低成本、多種工作模式、材料的多樣性、多領(lǐng)域應(yīng)用等，使得納米發(fā)電機(jī)在微/納能源收集、小型化傳感器和未來物聯(lián)網(wǎng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。
　　
　　通過對(duì)現(xiàn)階段移動(dòng)互聯(lián)發(fā)展趨勢(shì)的深刻認(rèn)識(shí)和總結(jié)，王中林提出了信息科學(xué)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的“四化”（圖1）：即微小集成化（1958-）、無線移動(dòng)化（1973-）、功能智能化（~2000-）、全自驅(qū)動(dòng)化（2006-），其中第四化支撐前三化。首先，在過去的半個(gè)世紀(jì)中，電子產(chǎn)品的小型化一直遵循摩爾定律，即芯片上的器件數(shù)量每18個(gè)月就翻倍。固態(tài)電子器件使得在單個(gè)芯片上集成許多組件成為可能。集成電路為提高可靠性、減小尺寸、提高計(jì)算速度、降低功耗等提供了基礎(chǔ)。其次，下一個(gè)革命性的進(jìn)步是無線/移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展。通過基于光纖的信息傳輸和計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)改變了世界的每一個(gè)角落。從1973年摩托羅拉公司推出的部手提電話到目前覆蓋、人手一部的手機(jī)和GPS定位系統(tǒng)的普及，人們生活中無處沒有移動(dòng)通信。第三，在過去幾十年中，通過向移動(dòng)設(shè)備中添加與個(gè)人醫(yī)療保健密切相關(guān)的功能，例如隨時(shí)檢查心跳、測(cè)量血糖和血液、及時(shí)報(bào)道霧霾和紫外線等，人們可以充分利用現(xiàn)代傳感器技術(shù)獲得更加安全和健康的生活。
　　
　　近年來的人工智能和大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，更使人們進(jìn)入了功能和智能的時(shí)代。后，有一點(diǎn)可以確信，那就是沒有能源供給，所有的電子設(shè)備都無法工作！因此，如果能夠使移動(dòng)電子設(shè)備自供電，使得系統(tǒng)可以連續(xù)地?zé)o中斷地操作，這既是物聯(lián)網(wǎng)的迫切需要，又是現(xiàn)代信息科學(xué)的一個(gè)巨大的驅(qū)動(dòng)力。早在2006年，王中林就在《科學(xué)》雜志上撰文并提出了“自驅(qū)動(dòng)”的概念（Wang,Science,312(2006)242-246），緊接著在2008年，王中林又在《科學(xué)美國(guó)人》上進(jìn)一步闡述了“全自驅(qū)動(dòng)化”的理論基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蛻?yīng)用展望（Z.L. Wang，Scientific American，Jan.(2008)82-87）。全自驅(qū)動(dòng)化擺脫了電子器件外部供能的桎梏，是未來物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展微小集成化、無線移動(dòng)化、功能智能化的重要技術(shù)支撐和理論基礎(chǔ)，預(yù)示著自驅(qū)動(dòng)納米科技在傳感、機(jī)器人、微系統(tǒng)、復(fù)合能源等方面廣泛的應(yīng)用前景。
　　
　　王中林發(fā)明的納米發(fā)電機(jī)的初心就是支撐全自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。在文章中王中林發(fā)表了納米發(fā)電機(jī)的三大應(yīng)用方向（圖2）：微納能源，自驅(qū)動(dòng)傳感，藍(lán)色能源。具體闡述為作為可持續(xù)的納/微功率電源用于微小型設(shè)備（如電子皮膚、可植入醫(yī)療器件、可穿戴柔性電子器件等）的自供電；作為自驅(qū)動(dòng)傳感器用于健康監(jiān)測(cè)、生物傳感、人機(jī)交互、環(huán)境監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)設(shè)施安全等；并作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)單元，在低頻下收集海水運(yùn)動(dòng)能量直至實(shí)現(xiàn)藍(lán)色無污染能源的偉大夢(mèng)想。從微觀尺度的能源收集到宏觀高能量密度的發(fā)電，從微小的機(jī)械振動(dòng)到浩瀚的海洋，納米發(fā)電機(jī)能源系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)集成納米器件和大規(guī)模能源供應(yīng)打下了堅(jiān)實(shí)的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，并將應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)生保健、醫(yī)藥科學(xué)、環(huán)境保護(hù)、國(guó)防安全乃至人工智能等諸多領(lǐng)域，有可能影響人類社會(huì)生活的方方面面。
　　
　　（原標(biāo)題：北京納米能源所提出信息科學(xué)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的“四化”）